Java 中的抽象工厂模式：优雅地掌握对象创建

一、概述

在 Java 开发中，设计模式起着至关重要的作用，它们可以帮助我们构建更加灵活、可维护和可扩展的软件系统。本文将深入探讨 Java 中的抽象工厂设计模式，包括其意图、详细解释、编程示例、类图、适用场景、教程、优点和权衡、实际应用以及相关设计模式。同时，还将提供示例代码的下载链接，方便读者进行学习和实践。

三、抽象工厂设计模式的意图

Java 中的抽象工厂模式提供了一个接口，用于创建一系列相关或依赖的对象，而无需指定它们的具体类。这增强了软件设计的模块化和灵活性。

四、抽象工厂模式的详细解释及实际示例

1. 实际示例：
   • 想象一家家具公司，它使用 Java 中的抽象工厂模式来生产各种风格的家具，如现代风格、维多利亚风格和乡村风格。每种风格都包括椅子、桌子和沙发等产品。为了确保每种风格的一致性，公司使用抽象工厂模式。
   • 在这个场景中，抽象工厂是一个用于创建相关家具对象系列（椅子、桌子、沙发）的接口。每个具体工厂（现代家具工厂、维多利亚家具工厂、乡村家具工厂）实现抽象工厂接口，并创建一组与特定风格匹配的产品。这样，客户可以创建一整套现代或维多利亚风格的家具，而无需担心它们的实例化细节。这保持了一致的风格，并允许轻松地将一种风格的家具替换为另一种风格。
2. 通俗解释：
   • 工厂的工厂；一个将单个但相关/依赖的工厂组合在一起而不指定它们具体类的工厂。
3. 维基百科解释：
   • 抽象工厂模式提供了一种封装一组具有共同主题的单个工厂的方法，而无需指定它们的具体类。

五、Java 中抽象工厂模式的编程示例

为了使用抽象工厂模式在 Java 中创建一个王国，我们需要具有共同主题的对象。精灵王国需要一个精灵国王、精灵城堡和精灵军队，而兽人王国需要一个兽人国王、兽人城堡和兽人军队。王国中的对象之间存在依赖关系。

1. 首先，我们为王国中的对象定义一些接口和实现。

public interface Castle {String getDescription();
}
public interface King {String getDescription();
}
public interface Army {String getDescription();
}
// 精灵实现
public class ElfCastle implements Castle {static final String DESCRIPTION = "This is the elven castle!";@Overridepublic String getDescription() {return DESCRIPTION;}
}
public class ElfKing implements King {static final String DESCRIPTION = "This is the elven king!";@Overridepublic String getDescription() {return DESCRIPTION;}
}
public class ElfArmy implements Army {static final String DESCRIPTION = "This is the elven Army!";@Overridepublic String getDescription() {return DESCRIPTION;}
}
// 兽人实现类似...

2. 然后，我们为王国工厂定义抽象和实现。

public interface KingdomFactory {Castle createCastle();King createKing();Army createArmy();
}
public class ElfKingdomFactory implements KingdomFactory {@Overridepublic Castle createCastle() {return new ElfCastle();}@Overridepublic King createKing() {return new ElfKing();}@Overridepublic Army createArmy() {return new ElfArmy();}
}
// 兽人实现类似...

3. 现在，我们可以为不同的王国工厂设计一个工厂。在这个例子中，我们创建了FactoryMaker，负责返回ElfKingdomFactory或OrcKingdomFactory的实例。客户可以使用FactoryMaker创建所需的具体工厂，而具体工厂将反过来生产不同的具体对象（派生自Army、King、Castle）。在这个例子中，我们还使用了一个枚举来参数化客户将请求的王国工厂类型。

public static class FactoryMaker {public enum KingdomType {ELF, ORC}public static KingdomFactory makeFactory(KingdomType type) {return switch (type) {case ELF -> new ElfKingdomFactory();case ORC -> new OrcKingdomFactory();};}
}

4. 以下是示例应用的主函数：

LOGGER.info("elf kingdom");
createKingdom(Kingdom.FactoryMaker.KingdomType.ELF);
LOGGER.info(kingdom.getArmy().getDescription());
LOGGER.info(kingdom.getCastle().getDescription());
LOGGER.info(kingdom.getKing().getDescription());
LOGGER.info("orc kingdom");
createKingdom(Kingdom.FactoryMaker.KingdomType.ORC);
LOGGER.info(kingdom.getArmy().getDescription());
LOGGER.info(kingdom.getCastle().getDescription());
LOGGER.info(kingdom.getKing().getDescription());

程序输出：

07:35:46.340 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- elf kingdom
07:35:46.343 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- This is the elven army!
07:35:46.343 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- This is the elven castle!
07:35:46.343 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- This is the elven king!
07:35:46.343 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- orc kingdom
07:35:46.343 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- This is the orc army!
07:35:46.343 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- This is the orc castle!
07:35:46.343 [main] INFO com.iluwatar.abstractfactory.App -- This is the orc king!

六、抽象工厂模式类图

七、Java 中何时使用抽象工厂模式

在以下情况下使用 Java 中的抽象工厂模式：

1. 系统应该独立于其产品的创建、组合和表示方式。
2. 需要用多个产品系列之一配置系统。
3. 一系列相关的产品对象必须一起使用，以强制一致性。
4. 想要提供产品的类库，只公开它们的接口，而不是它们的实现。
5. 依赖项的生命周期比消费者的生命周期短。
6. 需要使用运行时值或参数构造依赖项。
7. 需要在运行时从一个产品系列中选择使用哪个产品。
8. 添加新产品或产品系列不应要求对现有代码进行更改。

八、抽象工厂模式 Java 教程

1. Abstract Factory Design Pattern in Java (DigitalOcean)
2. Abstract Factory(Refactoring Guru)

九、抽象工厂模式的优点和权衡

1. 优点：
   • 灵活性：无需代码修改即可轻松在产品系列之间切换。
   • 解耦：客户端代码仅与抽象接口交互，提高了可移植性和可维护性。
   • 可重用性：抽象工厂和产品便于在项目中重用组件。
   • 可维护性：对单个产品系列的更改是局部的，简化了更新。
2. 权衡：
   • 复杂性：定义抽象接口和具体工厂会增加初始开销。
   • 间接性：客户端代码通过工厂间接与产品交互，可能会降低透明度。

十、Java 中抽象工厂模式的实际应用

1. Java Swing 的LookAndFeel类，用于提供不同的外观和感觉选项。
2. Java 抽象窗口工具包（AWT）中的各种实现，用于创建不同的 GUI 组件。
3. javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
4. javax.xml.transform.TransformerFactory
5. javax.xml.xpath.XPathFactory

十一、相关 Java 设计模式

1. 工厂方法：抽象工厂使用工厂方法来创建产品。
2. 单例模式：抽象工厂类通常实现为单例。
3. 工厂套件：与抽象工厂类似，但侧重于以灵活的方式配置和管理一组相关对象。

十二、参考和致谢

1. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software
2. Design Patterns in Java
3. Head First Design Patterns: Building Extensible and Maintainable Object-Oriented Software
4. Java Design Patterns: A Hands-On Experience with Real-World Examples

十三、源码下载

https://download.csdn.net/download/weixin_42545951/89677296

通过本文的介绍，相信大家对 Java 中的抽象工厂设计模式有了更深入的理解。在实际开发中，合理运用抽象工厂模式可以提高软件的可维护性、可扩展性和灵活性，为构建高质量的软件系统提供有力支持。