2025/9/18日 每日总结 设计模式实践：抽象工厂模式之"人种创建"案例解析

设计模式实践：抽象工厂模式之"人种创建"案例解析

在软件设计中，当需要创建一系列相互关联或依赖的产品对象时，抽象工厂模式是一个非常经典的解决方案。它能将产品的创建与使用分离，确保产品族的一致性，同时提高系统的灵活性和可扩展性。本文将通过"人种与肤色"的实践案例，详细拆解抽象工厂模式的实现过程与核心思想。

一、实验背景与需求

本次实践的核心需求是通过抽象工厂模式，构建一个支持多肤色（黄色、白色、黑色）、多性别（男性、女性）的人种创建系统。具体要求如下：

  1. 每种人种需具备肤色、语言、性别三个核心属性

  2. 同一性别工厂只能生产对应性别的人种（产品族一致性）

  3. 系统需支持灵活扩展新的人种或性别类型

  4. 客户端无需关注具体人种的创建细节，仅通过工厂接口调用

二、抽象工厂模式核心结构

抽象工厂模式的核心是定义抽象工厂接口和抽象产品接口，通过具体工厂实现类创建对应产品族的具体产品。本次案例的结构设计如下：

1. 核心组件划分

组件类型 具体实现 职责描述
抽象产品接口 Human 定义人种的通用行为（获取肤色、说话、获取性别）
抽象产品类 AbstractYellowHuman、AbstractWhiteHuman、AbstractBlackHuman 实现对应肤色人种的通用行为（肤色、语言），抽象性别行为
具体产品类 FemaleYellowHuman、MaleYellowHuman等6个类 实现具体性别对应的行为
抽象工厂接口 HumanFactory 定义创建各类人种的抽象方法
具体工厂类 FemaleFactory、MaleFactory 实现对应性别人种的创建逻辑

2. 类图结构

┌─────────────────┐
│ <<interface>> Human │
├─────────────────┤
│ + getColor(): void │
│ + talk(): void │
│ + getSex(): void │
└─────────────────┘
▲
│
┌─────────────────┬─────────────────┬─────────────────┐
│ AbstractYellowHuman │ AbstractWhiteHuman │ AbstractBlackHuman │
├─────────────────┤─────────────────┤─────────────────┤
│ + getColor() │ + getColor() │ + getColor() │
│ + talk() │ + talk() │ + talk() │
└─────────────────┘─────────────────┘─────────────────┘
▲ ▲ ▲
│ │ │
┌───────────────┐ ┌───────────────┐ ┌───────────────┐
│FemaleYellowHuman│ │MaleYellowHuman│ │...(其他具体类)...│
├───────────────┤ ├───────────────┤ ├───────────────┤
│ + getSex() │ │ + getSex() │ │ + getSex() │
└───────────────┘ └───────────────┘ └───────────────┘
┌─────────────────┐
│ <<interface>> HumanFactory │
├─────────────────┤
│ + createYellowHuman(): Human │
│ + createWhiteHuman(): Human │
│ + createBlackHuman(): Human │
└─────────────────┘
▲
│
┌─────────────────┬─────────────────┐
│ FemaleFactory │ MaleFactory │
├─────────────────┤─────────────────┤
│ + createYellowHuman() │
│ + createWhiteHuman() │
│ + createBlackHuman() │
└─────────────────┘─────────────────┘

三、完整实现代码

1. 抽象产品接口：Human.java

/**
* 人种接口，定义所有人种的通用行为
*/
public interface Human {
// 获取肤色
void getColor();

// 说话行为
void talk();

// 获取性别
void getSex();
}

### 2. 抽象产品类
#### 黄色人种抽象类：AbstractYellowHuman.java
```java
/**
 * 黄色人种抽象类，实现黄色人种的通用特性
 */
public abstract class AbstractYellowHuman implements Human {
 @Override
 public void getColor() {
 System.out.println("黄色人种的皮肤颜色是黄色的！");
 }

@Override
 public void talk() {
 System.out.println("黄色人种会说话，一般说的都是双字节。");
 }
}

白色人种抽象类：AbstractWhiteHuman.java

/**
 * 白色人种抽象类，实现白色人种的通用特性
 */
public abstract class AbstractWhiteHuman implements Human {
 @Override
 public void getColor() {
 System.out.println("白色人种的皮肤颜色是白色的！");
 }

@Override
 public void talk() {
 System.out.println("白色人种会说话，一般说的都是单字节。");
 }
}

黑色人种抽象类：AbstractBlackHuman.java

/**
 * 黑色人种抽象类，实现黑色人种的通用特性
 */
public abstract class AbstractBlackHuman implements Human {
 @Override
 public void getColor() {
 System.out.println("黑色人种的皮肤颜色是黑色的！");
 }

@Override
 public void talk() {
 System.out.println("黑色人种会说话，一般人听不懂。");
 }
}

3. 具体产品类

女性系列

// 黄色女性人种
public class FemaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman {
 @Override
 public void getSex() {
 System.out.println("黑色女性人种");
 }
}
// 白色女性人种
public class FemaleWhiteHuman extends AbstractWhiteHuman {
 @Override
 public void getSex() {
 System.out.println("白色女性人种");
 }
}
// 黑色女性人种
public class FemaleBlackHuman extends AbstractBlackHuman {
 @Override
 public void getSex() {
 System.out.println("黑色女性人种");
 }
}

男性系列

// 黄色男性人种
public class MaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman {
 @Override
 public void getSex() {
 System.out.println("黄色男性人种");
 }
}
// 白色男性人种
public class MaleWhiteHuman extends AbstractWhiteHuman {
 @Override
 public void getSex() {
 System.out.println("白色男性人种");
 }
}
// 黑色男性人种
public class MaleBlackHuman extends AbstractBlackHuman {
 @Override
 public void getSex() {
 System.out.println("黑色男性人种");
 }
}

4. 工厂接口与实现类

抽象工厂接口：HumanFactory.java

/**
 * 人种工厂接口，定义创建各类人种的方法
 */
public interface HumanFactory {
 // 制造黄色人种
 Human createYellowHuman();

// 制造白色人种
 Human createWhiteHuman();

// 制造黑色人种
 Human createBlackHuman();
}

女性工厂：FemaleFactory.java

/**
 * 女性人种工厂，专门生产女性系列人种
 */
public class FemaleFactory implements HumanFactory {
 @Override
 public Human createYellowHuman() {
 return new FemaleYellowHuman();
 }

@Override
 public Human createWhiteHuman() {
 return new FemaleWhiteHuman();
 }

@Override
 public Human createBlackHuman() {
 return new FemaleBlackHuman();
 }
}

男性工厂：MaleFactory.java

/**
 * 男性人种工厂，专门生产男性系列人种
 */
public class MaleFactory implements HumanFactory {
 @Override
 public Human createYellowHuman() {
 return new MaleYellowHuman();
 }

@Override
 public Human createWhiteHuman() {
 return new MaleWhiteHuman();
 }

@Override
 public Human createBlackHuman() {
 return new MaleBlackHuman();
 }
}

5. 客户端测试类

/**
 * 客户端测试：模拟人种创建与交互过程
 */
public class NvWa {
 public static void main(String[] args) {
 // 初始化两条生产线：男性工厂和女性工厂
 HumanFactory maleFactory = new MaleFactory();
 HumanFactory femaleFactory = new FemaleFactory();

// 生产女性人种
 System.out.println("=== 开始生产女性人种 ===");
 createAndShowHuman(femaleFactory.createYellowHuman(), "黄色女性");
 createAndShowHuman(femaleFactory.createBlackHuman(), "黑色女性");
 createAndShowHuman(femaleFactory.createWhiteHuman(), "白色女性");

// 生产男性人种
 System.out.println("\n=== 开始生产男性人种 ===");
 createAndShowHuman(maleFactory.createYellowHuman(), "黄色男性");
 createAndShowHuman(maleFactory.createBlackHuman(), "黑色男性");
 createAndShowHuman(maleFactory.createWhiteHuman(), "白色男性");

// 测试人种互动
 System.out.println("\n=== 人种互动测试 ===");
 Human femaleYellow = femaleFactory.createYellowHuman();
 Human maleYellow = maleFactory.createYellowHuman();
 testInteraction(femaleYellow, maleYellow);
 }

// 创建并展示人种信息
 private static void createAndShowHuman(Human human, String title) {
 System.out.println("---生产一个" + title + "---");
 human.getColor();
 human.talk();
 human.getSex();
 }

// 测试两个人种的互动
 private static void testInteraction(Human h1, Human h2) {
 System.out.println("人种1信息:");
 h1.getColor();
 h1.getSex();

System.out.println("人种2信息:");
 h2.getColor();
 h2.getSex();

System.out.println("开始交流:");
 h1.talk();
 h2.talk();
 }
}

四、运行结果

=== 开始生产女性人种 ===
---生产一个黄色女性---
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。
黄色女性人种
---生产一个黑色女性---
黑色人种的皮肤颜色是黑色的！
黑色人种会说话，一般人听不懂。
黑色女性人种
---生产一个白色女性---
白色人种的皮肤颜色是白色的！
白色人种会说话，一般说的都是单字节。
白色女性人种
=== 开始生产男性人种 ===
---生产一个黄色男性---
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。
黄色男性人种
---生产一个黑色男性---
黑色人种的皮肤颜色是黑色的！
黑色人种会说话，一般人听不懂。
黑色男性人种
---生产一个白色男性---
白色人种的皮肤颜色是白色的！
白色人种会说话，一般说的都是单字节。
白色男性人种
=== 人种互动测试 ===
人种1信息:
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄色女性人种
人种2信息:
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄色男性人种
开始交流:
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。

五、抽象工厂模式核心优势

  1. 产品族一致性：同一工厂生产的产品属于同一产品族（如女性工厂只生产女性人种），避免了产品搭配错误

  2. 解耦创建与使用：客户端通过抽象接口操作产品，无需关注具体实现类，降低了耦合度

  3. 扩展性良好：新增人种（如棕色人种）只需添加对应的抽象产品类和具体产品类，扩展工厂接口即可，无需修改现有代码

  4. 切换灵活：更换产品族时，只需替换具体工厂实例，客户端代码无需改动

六、适用场景总结

抽象工厂模式特别适合以下场景：

  • 系统需要创建一系列相互关联的产品（如本案例中的同性别不同肤色人种）
  • 系统需要独立于产品的创建、组合和表示
  • 系统需要配置多个产品系列中的一个，并能动态切换产品系列
  • 强调一系列相关产品的一致性，需确保它们一起使用
    通过本次实践，不仅深入理解了抽象工厂模式的结构和原理，更体会到了设计模式在解决复杂对象创建问题时的强大威力。在实际开发中，合理运用抽象工厂模式能显著提高系统的可维护性和扩展性。
posted @ 2025-12-29 14:22  Moonbeamsc  阅读(2)  评论(0)    收藏  举报
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