Java 中的工厂设计模式

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Java 中的工厂设计模式

在本教程中，我们将解释 Java 中的工厂设计模式。我们将描述两种模式，它们都是创建型设计模式：工厂方法和抽象工厂。然后我们将使用一个示例来说明这些模式。

2. 工厂方法模式

首先，我们需要定义一个示例。我们正在为一家汽车制造商开发一个应用程序。最初，我们只有一个客户端。这个客户端用纯燃油发动机制造汽车。因此，为了遵循单一职责原则（SRP）和开闭原则（OCP），我们将使用工厂方法设计模式。

在我们深入代码之前，我们将为这个模式定义一个默认的 UML 图：

使用上面的 UML 图作为参考，我们将定义与这个模式相关的一些主要概念。工厂方法模式通过将产品的构造代码与使用该产品的代码分离，减少了代码的耦合。 这种设计使得从应用程序的其余部分独立地提取产品构造变得容易。此外，它允许引入新产品而不会破坏现有代码。

现在让我们进入代码。首先，在我们的示例应用程序中，我们将定义 MotorVehicle 接口。这个接口只有一个方法 build()。这个方法用于构建特定的机动车辆。接口的代码片段：

public interface MotorVehicle {
    void build();
}

接下来，我们将实现实现 MotorVehicle 接口的具体类。我们将创建两种类型：Motorcycle 和 Car。第一个的代码是：

public class Motorcycle implements MotorVehicle {
    @Override
    public void build() {
        System.out.println("构建摩托车");
    }
}

在 Car 类的情况下，代码是：

public class Car implements MotorVehicle {
    @Override
    public void build() {
        System.out.println("构建汽车");
    }
}

然后我们将创建 MotorVehicleFactory 类。这个类负责创建每一个新的车辆实例。它是一个抽象类，因为它为它的特定工厂制造特定的车辆。这个类的代码是：

public abstract class MotorVehicleFactory {
    public MotorVehicle create() {
        MotorVehicle vehicle = createMotorVehicle();
        vehicle.build();
        return vehicle;
    }
    protected abstract MotorVehicle createMotorVehicle();
}

正如我们所看到的，create() 方法调用抽象方法 createMotorVehicle() 来创建特定类型的机动车辆。这就是为什么每个特定的机动车辆工厂必须实现其正确的 MotorVehicle 类型。之前，我们实现了两种 MotorVehicle 类型：Motorcycle 和 Car。现在我们将从我们的基类 MotorVehicleFactory 扩展来实现两者。

首先是 MotorcycleFactory 类：

public class MotorcycleFactory extends MotorVehicleFactory {
    @Override
    protected MotorVehicle createMotorVehicle() {
        return new Motorcycle();
    }
}

然后是 CarFactory 类：

public class CarFactory extends MotorVehicleFactory {
    @Override
    protected MotorVehicle createMotorVehicle() {
        return new Car();
    }
}

就是这样；我们的应用程序是使用工厂方法模式设计的。我们现在可以添加尽可能多的新机动车辆。最后，我们需要看看我们的最终设计使用 UML 表示法的样子：

3. 抽象工厂模式

在我们的第一个应用程序迭代之后，两家新的汽车品牌公司对我们的系统感兴趣：NexGen 和 FutureVehicle。这些新公司不仅制造纯燃油汽车，还制造电动汽车。每家公司都有其车辆设计。

我们当前的系统还没有准备好处理这些新场景。我们必须支持电动汽车，并考虑到每家公司都有其设计。为了解决这些问题，我们可以使用抽象工厂模式。当我们开始使用工厂方法模式，并且我们需要将我们的系统发展到更复杂的系统时，通常使用这个模式。 它将产品创建代码集中在一个地方。 UML 表示是：

我们已经拥有 MotorVehicle 接口。此外，我们必须添加一个接口来表示电动汽车。新接口的代码片段是：

public interface ElectricVehicle {
    void build();
}

接下来，我们将创建我们的抽象工厂。这个新类是抽象的，因为对象创建的责任将由我们的具体工厂来承担。这种行为遵循 OCP 和 SRP。让我们进入类定义：

public abstract class Corporation {
    public abstract MotorVehicle createMotorVehicle();
    public abstract ElectricVehicle createElectricVehicle();
}

在我们为每家公司创建具体工厂之前，我们必须为我们的新公司实现一些车辆。让我们为 FutureVehicle 公司制作一些新类：

public class FutureVehicleMotorcycle implements MotorVehicle {
    @Override
    public void build() {
        System.out.println("未来车辆摩托车");
    }
}

然后是电动汽车实例：

public class FutureVehicleElectricCar implements ElectricVehicle {
    @Override
    public void build() {
        System.out.println("未来车辆电动汽车");
    }
}

我们将为 NexGen 公司做同样的事情：

public class NextGenMotorcycle implements MotorVehicle {
    @Override
    public void build() {
        System.out.println("下一代摩托车");
    }
}

另外，另一个电动汽车的具体实现：

public class NextGenElectricCar implements ElectricVehicle {
    @Override
    public void build() {
        System.out.println("下一代电动汽车");
    }
}

最后，我们准备构建我们的具体工厂。首先，我们将从 FutureVehicle 工厂开始：

public class FutureVehicleCorporation extends Corporation {
    @Override
    public MotorVehicle createMotorVehicle() {
        return new FutureVehicleMotorcycle();
    }
    @Override
    public ElectricVehicle createElectricVehicle() {
        return new FutureVehicleElectricCar();
    }
}

现在另一个：

public class NextGenCorporation extends Corporation {
    @Override
    public MotorVehicle createMotorVehicle() {
        return new NextGenMotorcycle();
    }
    @Override
    public ElectricVehicle createElectricVehicle() {
        return new NextGenElectricCar();
    }
}

完成了。我们使用抽象工厂模式完成了实现。这是我们自定义实现的 UML 图：

4. 工厂方法与抽象工厂

总结来说，工厂方法使用继承作为设计工具。与此同时，抽象工厂使用委托。前者依赖于派生类来实现，而基类提供预期的行为。此外，它是方法而不是类。另一方面，抽象工厂应用于类。两者都遵循 OCP 和 SRP，产生松耦合的代码，为我们的代码库提供更多的未来变更灵活性。创建代码在一个地方。

5. 结论

在本文中，我们展示了工厂设计模式。我们描述了工厂方法和抽象工厂。我们提供了一个示例系统来说明这些模式的使用。最后，我们简要比较了两种模式。

像往常一样，代码片段在 GitHub 上。