Java设计模式之抽象工厂模式

Posted 2021-02-12 藏龙阁

工厂方法模式中讲了女娲造人的故事。人是造出来了，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，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，寂静又寂寞。

由于女娲之前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务也是不可能的，那就尽可能的旧物重新利用。人种(Product产品类)改造一下使得人类有爱恨情仇，于是定义互斥的性别，然后在每个个体中埋下一颗种子：异性相吸，成熟后就一定回去找个异性。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。如下图：

产品分析完了，生产的工厂类(八卦炉)的改造，如果只有一个八卦炉，要么生产出来的都是男性，要么都是女性。为了产生不同性别的人于是就把目前已经有的生产设备八卦炉拆开，把原先的八卦炉一个变成两个，并略加修改，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)，于是就准备开始生产，类图如下：

类图比较简单，Java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，它的实现类分别是性别跟肤色，通过性别与肤色可以唯一确定一个生产出来的对象。Human代码如下：

//Human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、黄色人种代码分别如下：

//白色人种
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。");
  }
}

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

每个抽象类中都有两个实现类，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。代码如下：

//黄色女性人种
public class FemalYellowHuman extends AbstractYellowHuman{
  //黄人女性
  public void getSex(){
    System.out.println("黄人女性");
  }
}

黄人男性人种代码如下：

//黄人男性
public class MaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman{
  //黄人男性
  public void getSex(){
    System.put.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。剩下的工作就是创造人口。接口HumanFactory代码如下：

//八卦炉定义
public interface HumanFactory{
  //创造一个黄色人种
  public Human createYellowHuman();
  //创造一个白色人种
  public Human createWhiteHuman();
  //创造一个黑色人种
  public Human createBlackHuman();
}

女性与男性的八卦炉代码分别如下：

//生产女性的八卦炉
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();
  }
}

//生产男性的八卦炉
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，重现造人光景，代码如下:

//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
    Human maleYellowHuman = maleHumanFactory.createYellowHuman();
    Human femaleYellowHuman = femaleHumanFactory.createYellowHuman();
    //生产第一个女性
    System.out.println("生产一个黄色女性");
    femaleYellowHuman.getColor();
    femaleYellowHuman.talk();
    femaleYellowHuman.getSex();
     System.out.println("生产一个黄色男性");
    maleYellowHuman.getColor();
    maleYellowHuman.talk();
    maleYellowHuman.getSex();
  }
}

结果：

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！ 
黄色人种会说话， 一般说的都是双字节。 
黄人女性 
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。 
黄人男性

这种模式就类似于现实世界中的工厂，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。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 。

3.1抽象工厂模式的定义

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

Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifying their concrete class.(为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，并且无需指定它们的具体类)

抽象工厂模式的通用类图如下：

3.2抽象工厂模式的使用场景

抽象工厂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。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的情况。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。

3.3抽象工厂的优点

封装性：每个产品的实现类不是高层模块要关心的，它关心的是接口，是抽象，它不关心对象是任何创建出来的，对象的创建是由工厂类来负责的，只要知道工厂类是谁，就能创建出一个需要uti的的对象，省时省力，优秀设计也应该如此。

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，否则女性的优点就体现不出来了。那在抽象工厂模式，就应该有这样的一个约束：没生产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。

3.4抽象工厂的缺点

抽象工厂模式的最大缺点就是产品族的扩展非常困难，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，程序的改造如下：

抽象类AbstractCreator要增加一个方法createProduct()，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。

3.5抽象工厂代码实现

抽象工厂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。通过抽象工厂的通用源代码，可以看出首先要有两个相互影响的产品线(也叫产品族)，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，如下为两个产品族的类图：

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

//抽象产品类
public abstract class AbstractProductA{
  //每个产品共有的方法
  public void shareMethod(){
  }
  //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代码如下：

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

//产品A2的实现类
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，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。代码如下：

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

创建一个产品，则有具体的实现类来完成，Creator1和Creator2代码如下：

//产品等级1的实现
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();
  }
}

//产品等级2的实现
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();
  }
}

场景类的代码如下：

//场景类
public class Client{
  public static void main(String[] args){
    //定义两个工厂
    AbstractCreator creator1 = new Creator();
    AbstractCreator creator2 = new Creator();
    //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
    AbstractProductA b2 = creator2.createProductB();
    //具体操作。。。
  }
}

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，无需关心它的实现类。

3.6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，然后在创建一个工厂类。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。