在Java軟件開發中，創建對象是一個頻繁且關鍵的環節。工廠模式作為一種經典的創建型設計模式，旨在提供一種創建對象的最佳方式，將對象的實例化過程與使用過程分離，從而提升代碼的靈活性、可維護性和可擴展性。本文將通過圖文結合的方式，深入剖析工廠模式的三種核心形式：簡單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式，并探討其設計與實現。

1. 簡單工廠模式：集中化的對象創建

核心思想：簡單工廠模式，又稱靜態工廠方法模式，它定義一個工廠類，根據傳入的參數，動態決定創建哪一種產品類的實例。

圖文設計：

┌─────────────┐
│    Client    │
└──────┬──────┘
│ 請求產品
┌──────▼──────┐
│ SimpleFactory │
│ +createProduct│?──┐
└──────┬──────┘    │
│ 根據參數創建 │   產品類型參數
┌──────▼──────┐    │
┌───┤   Product   │    │
│   │ +use()      │    │
│   └─────────────┘    │
│   ┌─────────────┐    │
└──?│ ProductA    │    │
│ +use()      │    │
└─────────────┘    │
┌─────────────┐    │
│ ProductB    │────┘
│ +use()      │
└─────────────┘

角色分析：
- 工廠角色(SimpleFactory)：負責實現創建所有實例的內部邏輯，提供一個靜態方法供客戶端調用。
- 抽象產品角色(Product)：定義產品的公共接口。
- 具體產品角色(ProductA/B)：實現抽象產品接口的具體類。

優點：客戶端無需知道具體產品類名，只需知道參數，實現了責任分離。
缺點：工廠類職責過重，新增產品需要修改工廠類邏輯，違反開閉原則。

2. 工廠方法模式：將實例化延遲到子類

核心思想：定義一個用于創建對象的接口，但讓子類決定實例化哪一個類。工廠方法使一個類的實例化延遲到其子類。

圖文設計：

┌─────────────┐        ┌─────────────┐
│    Client    ├───────?│  Factory    │
└─────────────┘        │+createProduct│
└──────┬──────┘
│
┌──────────────┴──────────────┐
│                             │
┌──────▼──────┐              ┌──────▼──────┐
│FactoryA     │              │FactoryB     │
│+createProduct│              │+createProduct│
└──────┬──────┘              └──────┬──────┘
│                             │
┌──────▼──────┐              ┌──────▼──────┐
│ ProductA    │              │ ProductB    │
│ +use()      │              │ +use()      │
└─────────────┘              └─────────────┘

角色分析：
- 抽象工廠(Factory)：聲明工廠方法，返回一個產品類型對象。
- 具體工廠(FactoryA/B)：實現工廠方法，返回具體產品實例。
- 抽象產品(Product)：定義產品接口。
- 具體產品(ProductA/B)：實現產品接口。

優點：完全符合開閉原則，新增產品只需新增對應工廠類，無需修改已有代碼。
缺點：每增加一個產品，就需要增加一個具體工廠類，導致類數量增多，系統復雜度增加。

3. 抽象工廠模式：創建產品族

核心思想：提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的接口，而無需指定它們具體的類。它強調的是“產品族”的概念。

圖文設計：

┌─────────────┐
│    Client    │
└──────┬──────┘
│ 使用工廠創建產品族
┌──────▼──────┐
│AbstractFactory│
│+createProductA│
│+createProductB│
└──────┬──────┘
│
┌──────────┴──────────┐
│                     │
┌───▼──────┐       ┌──────▼────┐
│Factory1  │       │Factory2   │
│+createA()│       │+createA() │
│+createB()│       │+createB() │
└───┬──────┘       └──────┬────┘
│                     │
│   ┌──────────┐      │   ┌──────────┐
└──?│ProductA1 │      └──?│ProductA2 │
└──────────┘          └──────────┘
│   ┌──────────┐      │   ┌──────────┐
└──?│ProductB1 │      └──?│ProductB2 │
└──────────┘          └──────────┘

角色分析：
- 抽象工廠(AbstractFactory)：聲明一組創建一族產品的方法。
- 具體工廠(Factory1/2)：實現抽象工廠的方法，生成一族具體產品。
- 抽象產品(ProductA/B)：為每種產品聲明接口。
- 具體產品(ProductA1/B1, A2/B2)：定義具體工廠生產的特定產品。

應用場景：例如，一個GUI庫需要為不同操作系統（如Windows, Mac）提供一套風格一致的按鈕(Button)、文本框(Text)等控件。抽象工廠能確保同一工廠生產的產品（如WindowsButton和WindowsText）是兼容的。

優點：保證了客戶端始終只使用同一個產品族中的對象，方便切換整個產品族。
缺點：產品族擴展困難（例如新增一個產品類型C，需要修改所有工廠接口和類），且系統結構復雜。

與對比

| 模式 | 核心目標 | 復雜度 | 符合開閉原則 | 適用場景 |
| :--- | :--- | :--- | :--- | :--- |
| 簡單工廠 | 將對象創建邏輯集中管理 | 低 | 工廠類不符合 | 產品類型較少，且不頻繁變化 |
| 工廠方法 | 將具體產品的創建延遲到子類 | 中 | 完全符合 | 不關心具體產品類，但關心產品系列如何被創建 |
| 抽象工廠 | 創建相關或依賴的產品族 | 高 | 產品族符合，產品等級不符合 | 需要創建一系列相關的產品對象 |

設計制作建議：
1. 從簡單開始：如果系統簡單，產品類型固定，優先考慮簡單工廠。
2. 擁抱擴展：當預計未來產品類型會頻繁增加時，應采用工廠方法模式。
3. 關注整體：當需要確保一系列相關產品一起工作時，抽象工廠是首選。
4. 圖文輔助：在設計時，繪制上述UML類圖或示意圖，能清晰展示角色關系和創建流程，是溝通和理解的強大工具。

通過合理運用這三種工廠模式，開發者可以構建出松耦合、高內聚且易于維護的Java應用程序架構。