设计模式：工厂方法模式 - 高扩展性与低耦合的设计之道

一、为什么需要工厂方法模式？

在软件开发中，对象创建与使用耦合会影响系统的灵活性和扩展性。以通知系统（支持邮件通知、短信通知和推送通知）为例 ：直接实例化。

Notification email = new EmailNotification();
Notification sms = new SMSNotification();
Notification push = new PushNotification();

这种方式存在以下问题：

• 新增通知方式（如语音通知）时，需要修改客户端代码，违反了开闭原则。

• 客户端代码与具体通知类耦合过高，导致系统难以维护和扩展。

为了解决这些问题，引入工厂方法模式，将对象创建与使用分离，提高系统的灵活性与可扩展性。

二、什么是工厂方法模式？

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，其核心思想是：定义一个创建对象的接口，将具体对象的实例化过程延迟到子类中完成。

简单来说，工厂方法模式通过引入抽象工厂，将对象的创建逻辑封装起来，客户端只需要调用工厂方法，而无需关心对象如何创建。

工厂方法模式的优势包括：高扩展性、低耦合性，以及易于维护和测试。

三、工厂方法模式的实际案例

场景：同上文提到的 通知系统（支持邮件通知、短信通知和推送通知等）。

1. 抽象通知类

定义通知的统一接口，所有具体通知类都需实现它。

public abstract class Notification {// 发送通知的抽象方法public abstract void send(String message);
}

2. 具体通知类

分别实现邮件、短信和推送通知的发送逻辑。（注：如下3个通知类的逻辑类似）

// 邮件通知类
public class EmailNotification extends Notification {@Overridepublic void send(String message) {System.out.println("Sending email with message: " + message);}
}

// 短信通知类
public class SMSNotification extends Notification {@Overridepublic void send(String message) {System.out.println("Sending SMS with message: " + message);}
}

// 推送通知类
public class PushNotification extends Notification {@Overridepublic void send(String message) {System.out.println("Sending push notification with message: " + message);}
}

3.抽象类：通知工厂基类

定义创建通知对象的工厂接口。

public abstract class NotificationFactory {// 工厂方法，创建通知对象public abstract Notification createNotification();
}

4. 具体工厂类

分别创建不同类型的通知对象。（注：如下3个通知工厂类的逻辑类似）

// 邮件通知工厂
public class EmailNotificationFactory extends NotificationFactory {@Overridepublic Notification createNotification() {return new EmailNotification();}
}

// 通知工厂
public class SMSNotificationFactory extends NotificationFactory {@Overridepublic Notification createNotification() {return new SMSNotification();}
}

// 推送通知工厂
public class PushNotificationFactory extends NotificationFactory {@Overridepublic Notification createNotification() {return new PushNotification();}
}

5.客户端代码

通过具体工厂类来创建通知对象，并调用其方法。

public class Client {public static void main(String[] args) {// 通过工厂创建邮件通知NotificationFactory emailFactory = new EmailNotificationFactory();Notification email = emailFactory.createNotification();email.send("Welcome to the system!");// 通过工厂创建短信通知NotificationFactory smsFactory = new SMSNotificationFactory();Notification sms = smsFactory.createNotification();sms.send("Your verification code is 123456.");// 通过工厂创建推送通知NotificationFactory pushFactory = new PushNotificationFactory();Notification push = pushFactory.createNotification();push.send("You have a new message.");}
}

代码结构说明

• 抽象类 Notification：定义了发送通知的抽象方法send()，所有通知类都需实现它。

• 具体通知类：EmailNotification、SMSNotification和PushNotification 都继承自Notification，并实现具体的通知行为。

• 抽象工厂类 NotificationFactory：定义了创建通知对象的工厂方法createNotification()。

• 具体工厂类：EmailNotificationFactory、SMSNotificationFactory和PushNotificationFactory 继承自Noti-ficationFactory，分别负责创建各自类型的通知对象。

• 客户端：通过具体工厂类创建通知对象，实现对象创建与使用分离。

四、工厂方法模式的价值

1. 工厂方法模式 VS 简单工厂模式

工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象，通过多态性将对象创建逻辑与客户端代码解耦。客户端依赖于抽象工厂接口，而非具体工厂类，从而降低了耦合度，符合开闭原则。

对比简单工厂模式：

• 简单工厂模式：工厂类集中管理产品对象创建，新增产品时需修改工厂类代码，违反开闭原则。

• 工厂方法模式：每新增一个产品，只需扩展新的产品类和对应的工厂类，符合开闭原则，但引入了额外的工厂类，增加了类的层级和开发工作量。

简单工厂模式和工厂方法模式的共同问题：

对于新增一个产品时，客户端代码仍需修改来指定具体工厂类的问题，可通过反射机制进一步优化。
2.工厂方法模式的优势

高扩展性：新增产品时，只需增加新的产品类和工厂类，无需修改现有工厂类代码。
低耦合性：产品对象创建与业务逻辑分离，职责单一，系统更易维护。
易测试性：每个工厂类和产品类都可以独立测试，修改时影响范围小，降低测试成本。

五、总结

工厂方法模式通过引入抽象工厂和具体工厂，实现了对象创建与使用的解耦，遵循了开闭原则和单一职责原则。

它提高了系统的扩展性、可维护性和可测试性，特别适用于大型、复杂项目。在开发中，工厂方法模式能够有效管理对象创建逻辑，保持系统稳定性。