设计模式之抽象工厂模式

写在前面本博主说写设计模式模块的内容皆来自《设计模式之禅第二版》，有兴趣的朋友可以去看原创作者的书籍，我写在这是为了本人方便或者其它朋友能够单独的看到想看的设计模式。原著写得很好，强烈建议观看原书。如果侵权麻烦联系本人，立删之！

第9章抽象工厂模式

9.1、女娲的失误

第8章讲了女娲造人的故事。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，所有的人种都消灭掉了，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？怎么才能让人类有爱有恨呢？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）。从设计角度来看，一个具体的对象通过两个坐标就可以确定：肤色和性别，如图9-1所示。

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了，其类图如图9-2所示。

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9-1中的Y坐标，它的两个实现类分别是性别，也就是图9-1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。我们来看看相关的实现，Human接口如代码清单9-1所示。

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、黄色人种分别如代码清单9-2、代码清单9-3、代码清单9-4所示。

public abstract class AbstractWhiteHuman implements Human {//白色人种的皮肤颜色是白色的 public void getColor(){ System.out.println("白色人种的皮肤颜色是白色的！"); }//白色人种讲话 public void talk() { System.out.println("白色人种会说话，一般说的都是单字节。"); }
}public abstract class AbstractBlackHuman implements Human { public void getColor(){ System.out.println("黑色人种的皮肤颜色是黑色的！"); }public void talk() { System.out.println("黑人会说话，一般人听不懂。"); }
}public abstract class AbstractYellowHuman implements Human { public void getColor(){ System.out.println("黄色人种的皮肤颜色是黄色的！"); }public 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，以黄色女性人种为例，如代码清单9-5所示。

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

黄色男性人种如代码清单9-6所示。

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

其他的黑色人种、白色人种的男性和女性的代码与此类似，不再重复编写。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如代码清单9-7所示。

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，女性和男性八卦炉分别如代码清单9-8和代码清单9-9所示。

public class FemaleFactory implements HumanFactory { //生产出黑人女性 public Human createBlackHuman() { return new FemaleBlackHuman(); }//生产出白人女性 public Human createWhiteHuman() { return new FemaleWhiteHuman(); }//生产出黄人女性public Human createYellowHuman() { return new FemaleYellowHuman(); }
} public class MaleFactory implements HumanFactory {//生产出黑人男性 public Human createBlackHuman() { return new MaleBlackHuman();
}//生产出白人男性 public Human createWhiteHuman() { return new MaleWhiteHuman();
}//生产出黄人男性 public Human createYellowHuman() { return new MaleYellowHuman(); }
}

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，如代码清单9-10所示。

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.talk(); femaleYellowHuman.getSex(); System.out.println("\n---生产一个黄色男性---"); maleYellowHuman.getColor(); maleYellowHuman.talk(); maleYellowHuman.getSex(); /** ...... * 后面继续创建 */
}
}

运行结果如下所示：

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”。回头来想想我们的设计，不知道大家有没有去过工厂，每个工厂分很多车间，每个车间又分多条生产线，分别生产不同的产品，我们可以把八卦炉比喻为车间，把八卦炉生产的工艺（生产白人、黑人还是黄人）称为生产线，如此来看就是一个女性生产车间，专门生产各种肤色的女性，一个是男性生产车间，专门生产各种肤色男性，生产完毕就可以在系统外组装，什么是组装？嘿嘿，自己思考！在这样的设计下，各个车间和各条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，你要知道世界上黑、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。

9.2、抽象工厂模式的定义

抽象工厂模式（AbstractFactoryPattern）是一种比较常用的模式，

其定义如下：Provideaninterfaceforcreatingfamiliesofrelatedordependentobjectswithoutspecifyingtheirconcreteclasses.（为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无须指定它们的具体类。）

抽象工厂模式的通用类图如图9-3所示。

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——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，我们先看看两个产品族的类图，如图9-4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，其源代码如代码清单9-11所示。

public abstract class AbstractProductA { //每个产品共有的方法 public void shareMethod(){ }//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如代码清单9-12、代码清单9-13所示

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

产品B与此类似，不再赘述。抽象工厂类AbstractCreator的职责是定义每个工厂要实现的功能，在通用代码中，抽象工厂类定义了两个产品族的产品创建，如代码清单9-14所示。

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如代码清单9-15和代码清单9-16所示。

public class Creator1 extends AbstractCreator { //只生产产品等级为1的A产品 public AbstractProductA createProductA() { return new ProductA1(); }//只生产产品等级为1的B产品 public AbstractProductB createProductB() { return new ProductB1(); }
}public class Creator2 extends AbstractCreator { //只生产产品等级为2的A产品 public AbstractProductA createProductA() { return new ProductA2(); }//只生产产品等级为2的B产品 public 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。

在具体的业务中如何产生一个与实现无关的对象呢？如代码清单9-17所示。

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(); /** 然后在这里就可以为所欲为了... */ }
}

在场景类中，没有任何一个方法与实现类有关系，对于一个产品来说，我们只要知道它的工厂方法就可以直接产生一个产品对象，无须关心它的实现类。

9.3、抽象工厂模式的应用

9.3.1、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的，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。

9.3.2、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”，——只要与这段代码有关系，就可能产生侵害的危险！

9.3.3、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？例如一个文本编辑器和一个图片处理器，都是软件实体，但是*nix下的文本编辑器和Windows下的文本编辑器虽然功能和界
面都相同，但是代码实现是不同的，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辑器和图片处理器。

9.3.4、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，现实世界还有一种性别：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务，完全通过扩展来实现需求的变更，从这一点上看，抽象工厂模式是符合开闭原则的。

9.4、最佳实践

一个模式在什么情况下才能够使用，是很多读者比较困惑的地方。抽象工厂模式是一个简单的模式，使用的场景非常多，大家在软件产品开发过程中，涉及不同操作系统的时候，都可以考虑使用抽象工厂模式，例如一个应用，需要在三个不同平台（Windows、Linux、Android（Google发布的智能终端操作系统））上运行，你会怎么设计？分别设计三套不同的应用？非也，通过抽象工厂模式屏蔽掉操作系统对应用的影响。三个不同操作系统上的软件功能、应用逻辑、UI都应该是非常类似的，唯一不同的是调用不同的工厂方法，由不同的产品类去处理与操作系统交互的信息。