设计模式 — 抽象工厂模式

抽象工厂模式

女娲的失误
实例一
实例二
抽象工厂模式的应用
- 抽象工厂模式的优点
- 抽象工厂模式的缺点
- 抽象工厂模式的使用场景
- 抽象工厂模式的注意事项

女娲的失误

女娲造人的故事。人是造出来了，世界也热闹了，可是低头一看，都是清一色的类型，缺少关爱、仇恨、喜怒哀乐等情绪，人类的生命太平淡了，女娲一想，猛然一拍脑袋，忘记给人类定义性别了，那怎么办？抹掉重来，于是人类经过一次大洗礼，所有的人种都消灭了，世界又是空无一物，寂静而又寂寞。

由于女娲之前的准备工作花费了非常大的精力，比如准备黄土、八卦炉等，从头开始建立所有的事物也是不可能的，那就想在现有的条件下重新造人，尽可能旧物利用嘛。人种（Product产品类）应该怎么改造呢？怎么才能让人类又爱又恨呢？是神仙当然有办法了，定义互斥的性别，然后在每个个体中埋下一颗种子：异性相吸，成熟后就一定会去找个异性（这就是我们说的爱情原动力）。从设计角度看，一个具体的对象通过两个坐标就可以确定：肤色和性别。如下图所示：

实例一

产品类分析完毕了，生产的工厂类（八卦炉）该怎么改造呢？只有一个生产设备，要么生产出来的全都是男性，要么都是女性。那不行呀，这么翻天覆地的改造就是为了产生不同性别的人类。有办法了！把目前已经有的生产设备 — 八卦炉拆开，于是女娲就使用了 “八卦复制术”，把原先的八卦炉一个变两个，并且略加修改，就成了女性八卦炉（只生产女性人种）和男性八卦炉（只生产男性人种），于是乎女娲就开始准备生产，其类图如下：

这个类图虽然大，但是比较简单。Java的典型类图，一个接口，多个抽象类，然后是N个实现类，每个人种都是一个抽象类，性别是在各个实现类中实现的。特别需要说明的是HumanFactory接口，在这个接口中定义了三个方法，分别用来生产三个不同肤色的人种，也就是我们在图中的Y坐标，它的两个实现类分别是性别，也就是图中的X坐标，通过X坐标（性别）和Y坐标（肤色）唯一确定了一个生产出来的对象。

人种接口：

public interface Human {//每个人种都有相应的颜色public void getColor();//人类会说话public void talk();//每个人都有性别public void getSex();
}

人种有三个抽象类，负责人种的抽象属性定义：肤色和语言。白色人种、黑色人种、黄色人种分别代码如下：

白色人种：

public abstract class AbstractWhiteHuman implements Human{//白色人种的颜色是白色的@Overridepublic void getColor() {System.out.println("白色人种的皮肤颜色是白色的！");}//白色人种讲话@Overridepublic 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：

public abstract class AbstractBlackHuman implements Human{//黑色人种的颜色是黑色的@Overridepublic void getColor() {System.out.println("黑色人种的皮肤颜色是黑色的！");}//黑色人种讲话@Overridepublic void talk() {System.out.println("黑色人种会说话，一般人听不懂。");}
}

黄色人种：

public abstract class AbstractYellowHuman implements Human{//黄色人种的颜色是黄色的@Overridepublic void getColor() {System.out.println("黄色人种的皮肤颜色是黄色的！");}//黄色人种讲话@Overridepublic void talk() {System.out.println("黄色人种会说话，一般说的都是双字节。");}
}

每个抽象类都有两个实现类，分别实现公共的最细节、最具体的事物：肤色和语言。具体的实现类实现肤色、性别定义，代码如下所示：

黄色女性人种：

public class FemaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman{//黄人女性@Overridepublic void getSex() {System.out.println("黄人女性");}
}

黄色男性人种：

public class MaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman{//黄人男性@Overridepublic void getSex() {System.out.println("黄人男性");}
}

白色女性人种：

public class FemaleWhiteHuman extends AbstractWhiteHuman{//白人女性@Overridepublic void getSex() {System.out.println("白人女性");}
}

白色男性人种：

public class MaleWhiteHuman extends AbstractWhiteHuman{//白人男性@Overridepublic void getSex() {System.out.println("白人男性");}
}

黑色女性人种：

public class FemaleBlackHuman extends AbstractBlackHuman{//黑人女性@Overridepublic void getSex() {System.out.println("黑人女性");}
}

黑色男性人种：

public class MaleBlackHuman extends AbstractBlackHuman{//黑人男性@Overridepublic void getSex() {System.out.println("黑人男性");}
}

到此为止，我们已经把真实世界的人种都定义出来了，剩下的工作就是怎么制造人类。接口HumanFactory代码如下：

八卦炉定义：

public interface HumanFactory {//制造一个黄色人种public Human createYellowHuman();//制造一个白色人种public Human createWhiteHuman();//制造一个黑色人种public Human createBlackHuman();
}

在接口中，我们看到八卦炉是可以生产出不同肤色人种的（当然了，女娲的失误嘛），那它有多少个八卦炉呢？两个，分别生产女性和男性，女性和男性八卦炉代码分别如下：

生产女性八卦炉：

public class FemaleFactory implements HumanFactory{//生产黄色人种@Overridepublic Human createYellowHuman() {return new FemaleYellowHuman();}//产出白色人种@Overridepublic Human createWhiteHuman() {return new FemaleWhiteHuman();}//产出黑色人种@Overridepublic Human createBlackHuman() {return new FemaleBlackHuman();}
}

生产男性八卦炉：

public class MaleFactory implements HumanFactory{//生产黄色人种男性@Overridepublic Human createYellowHuman() {return new MaleYellowHuman();}//产出白色人种男性@Overridepublic Human createWhiteHuman() {return new MaleWhiteHuman();}//产出黑色人种男性@Overridepublic Human createBlackHuman() {return new MaleBlackHuman();}
}

人种有了，八卦炉也有了，我们就来重现一下当年女娲造人的光景，代码如下所示：

女娲重造人类：

public class NvWa {public static void main(String[] args) {//第一条生产线，男性生产线HumanFactory maleHumanFactory = new MaleFactory();//第二条生产线，女性生产线HumanFactory femaleHumanFactory = new FemaleFactory();//生产线建立完毕，开始生产人了：Human maleYellowHuman = maleHumanFactory.createYellowHuman();Human femaleYellowHuman = femaleHumanFactory.createYellowHuman();System.out.println("-----生产一个黄色女性------");femaleYellowHuman.getColor();femaleYellowHuman.getSex();femaleYellowHuman.talk();System.out.println("-----生产一个黄色男性------");maleYellowHuman.getColor();maleYellowHuman.getSex();maleYellowHuman.talk();//生产线建立完毕，开始生产人了：Human maleBlackHuman = maleHumanFactory.createBlackHuman();Human femaleBlackHuman = femaleHumanFactory.createBlackHuman();System.out.println("-----生产一个黑色女性------");femaleBlackHuman.getColor();femaleBlackHuman.getSex();femaleBlackHuman.talk();System.out.println("-----生产一个黑色男性------");maleBlackHuman.getColor();maleBlackHuman.getSex();maleBlackHuman.talk();Human maleWhiteHuman = maleHumanFactory.createWhiteHuman();Human femaleWhiteHuman = femaleHumanFactory.createWhiteHuman();System.out.println("-----生产一个白色女性------");femaleWhiteHuman.getColor();femaleWhiteHuman.getSex();femaleWhiteHuman.talk();System.out.println("-----生产一个白色男性------");maleWhiteHuman.getColor();maleWhiteHuman.getSex();maleWhiteHuman.talk();}
}

运行结果如下所示：

-----生产一个黄色女性------
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄人女性
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。
-----生产一个黄色男性------
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄人男性
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。
-----生产一个黑色女性------
黑色人种的皮肤颜色是黑色的！
黑人女性
黑色人种会说话，一般人听不懂。
-----生产一个黑色男性------
黑色人种的皮肤颜色是黑色的！
黑人男性
黑色人种会说话，一般人听不懂。
-----生产一个白色女性------
白色人种的皮肤颜色是白色的！
白人女性
白色人种会说话，一般说的都是单字节。
-----生产一个白色男性------
白色人种的皮肤颜色是白色的！
白人男性
白色人种会说话，一般说的都是单字节。

各种肤色的男性、女性都制造出来了，两性之间产生了相互吸引力，于是情感产生，这个世界就多了一种小说的题材 “爱情” 。

在这样的设计下，各个车间和各个生产线的职责非常明确，在车间内各个生产出来的产品可以有耦合关系，世界上黑、黄、白人种的比例是：1：4：6，那这就需要女娲娘娘在烧制的时候就要做好比例分配，在一个车间内协调好。这就是抽象工厂模式

实例二

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是一种比较常用的模式，其定义如下：

为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无需指定它们的具体类。

抽象工厂模式的通用类图如下：

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，在有多个业务品种、业务分类时，通过抽象工厂模式产生需要的对象是一种非常好的解决方式。我们来看看抽象工厂的通用源代码，首先有两个互相影响的产品线（也叫做产品族），例如制造汽车的左侧门和右侧门，这两个应该是数量相等的一两个对象之间的约束，每个型号的车门都是不一样的，这是产品等级结构约束的。类图如下所示：

注意类图上的圈圈、框框相对应，两个抽象的产品类可以有关系，例如共同继承或实现一个抽象类或接口，代码如下：

抽象产品类：

public abstract class AbstractProductA {//每个产品共有的方法public void shareMethod() {System.out.println("这是每个产品共有的方法....");}//每个产品相同方法，不同实现public abstract void doSomething();
}public abstract class AbstractProductB {//每个产品共有的方法public void shareMethod() {System.out.println("这是每个产品共有的方法....");}//每个产品相同方法，不同实现public abstract void doSomething();
}

两个具体的产品实现类

产品A1、A2的实现类：

public class ProductA1 extends AbstractProductA{@Overridepublic void doSomething() {System.out.println("产品A1的实现方法");}
}public class ProductA2 extends AbstractProductA{@Overridepublic void doSomething() {System.out.println("产品A2的实现方法");}
}

产品B1、B2的实现类：

public class ProductB1 extends AbstractProductB{@Overridepublic void doSomething() {System.out.println("产品B1的实现方法");}
}public class ProductB2 extends AbstractProductB{@Overridepublic void doSomething() {System.out.println("产品B2的实现方法");}
}

在通用代码中，抽象工厂类定义了两个产品族的产品创建

抽象工厂类：

public abstract class AbstractCreator {//创建A产品家族public abstract AbstractProductA createProductA();//创建B产品家族public abstract AbstractProductB createProductB();
}

注意：有N个产品族，在抽象工厂类中就应该有N个创建方法。

如何创建一个产品，则是由具体的实现类来完成的，Creator1和Creator2代码如下所示：

产品等级1的实现类：

public class Creator1 extends AbstractCreator{//只生产产品等级为1的A产品@Overridepublic AbstractProductA createProductA() {return new ProductA1();}//只生产产品等级为1的B产品@Overridepublic AbstractProductB createProductB() {return new ProductB1();}
}

产品等级2的实现类：

public class Creator2 extends AbstractCreator{//只生产产品等级为2的A产品@Overridepublic AbstractProductA createProductA() {return new ProductA2();}//只生产产品等级为2的B产品@Overridepublic AbstractProductB createProductB() {return new ProductB2();}
}

注意：有M个产品等级就应该有M个实现工厂类，在每个实现工厂中，实现不同产品族的生产任务。

场景类：

public class Client {public static void main(String[] args) {//定义出两个工厂AbstractCreator creator1 = new Creator1();AbstractCreator creator2 = new Creator2();//产生A1对象AbstractProductA a1 = creator1.createProductA();//产生A2对象AbstractProductA a2 = creator2.createProductA();//产生B1对象AbstractProductB b1 = creator1.createProductB();//产生B2对象AbstractProductB b2 = creator2.createProductB();/*** 继续业务处理*/a1.doSomething();a2.doSomething();b1.doSomething();b2.doSomething();}
}

运行结果：

产品A1的实现方法
产品A2的实现方法
产品B1的实现方法
产品B2的实现方法

抽象工厂模式的应用

抽象工厂模式的优点

封装性，每个产品的实现类不是高层模块要关心的，它要关心的是什么？是接口，是抽象，它不关心对象是如何创建出来，这由谁负责呢？工厂类，只要知道工厂类是谁，我就能创建出一个需要的对象，省时省力，优秀设计就应该如此。

产品族内的约束为非公开状态。例如生产男女比例的问题上，猜想女娲娘娘肯定有自己的打算，不能让女盛男衰，否则女性的优点不就体现不出来了吗？那在抽象工厂模式，就应该有这样的一个约束：每生产1个女性，就同时生产出1.2个男性，这样的生产过程对调用工厂类的高层模块来说是透明，它不需要知道这个约束，我就是要一个黄色女性产品就可以了，具体的产品族内的约束是在工厂内实现的。

抽象工厂模式的缺点

抽象工厂模式的最大缺点就是产品族扩展非常困难，为什么这么说呢？我们以通用代码为例，如果要增加一个产品C，也就是说产品家族由原来的2个增加到3个，看看我们的程序有多大改动吧！抽象类AbstractCreator要增加一个方法createProductC(),然后两个实现类都要修改，想想看，这严重违反了开闭原则，而且我们一直说明抽象类和接口是一个契约。改变契约，所有与契约有关系的代码都要修改，那么这段代码叫什么？叫 “有毒代码” ，一只要与这段代码有关系，就可能产品侵害的危险！

抽象工厂模式的使用场景

抽象工厂模式的使用场景定义非常简单：一个对象族（或是一组没有任何关系的对象）都有相同的约束，则可以使用抽象工厂模式。什么意思呢？例如一个文本编译器和一个图片处理器，都是软件实体，但是*nix下的文本编译器和windows下的文本编译器虽然功能和界面都相同，但是代码实现是不同，图片处理器也有类似情况。也就是具有了共同的约束条件：操作系统类型。于是我们可以使用抽象工厂模式，产生不同操作系统下的编译器和图片处理器。

抽象工厂模式的注意事项

在抽象工厂模式的缺点中，我们提到抽象工厂模式的产品族扩展比较困难，但是一定要清楚，是产品族扩展困难，而不是产品等级。在该模式下，产品等级是非常容易扩展的，增加一个产品等级，只要增加一个工厂类负责新增加出来的产品生产任务即可。也就是说横向扩展容易，纵向扩展困难。以人类为例子，产品等级中只有男、女两个性别，现在世界还有一种性别：双性人，既是男人也是女人（俗语就是阴阳人），那我们要扩展这个产品等级也是非常容易的，增加三个产品类，分别对应不同的肤色，然后再创建一个工厂类，专门负责不同肤色人的双性人的创建任何，完全通过扩展来实现需求的变更，从这一点看，抽象工厂模式是符合关闭原则。