本笔记摘抄自:https://www.cnblogs.com/PatrickLiu/p/7596897.html,记录一下学习过程以备后续查用。
一、引言
接上一篇C#设计模式学习笔记:简单工厂模式(工厂方法模式前奏篇),通过简单工厂模式的了解,它的缺点就是随着需求的变化我们要不停地修改工厂里
上一篇文章我们讲了工厂方法模式,它是为了解决简单工厂模式所面对的问题:如果我们增加新的产品,工厂类的方法就要修改本身的代码,增加产品越
多,其逻辑越复杂,同时这样的修改也不符合开放闭合原则OCP--对增加代码开放,对修改代码关闭。为了解决简单工厂的问题,我们引出了工厂方法模式,
通过子类化工厂类,解决了工厂类责任的划分,使得产品和相应的工厂一一对应,符合了OCP。
如果我们要设计一套房子,当然我们知道房子是由房顶、地板、窗户、房门等组成的,先设计一套古典风格的房子,再创建一套现代风格的房子,再创建
一套欧式风格的房子,这么多套房子,我们该怎么办呢?今天我们要讲的抽象工厂模式可以很好地解决多套变化的问题。
二、抽象工厂模式介绍
抽象工厂模式:英文名称--Abstract Factory Pattern;分类--创建型。
2.1、动机(Motivate)
在软件系统中,经常面临着"一系列相互依赖的对象"的创建工作,同时,由于需求的变化,往往存在更多系列对象的创建工作。如何应对这种变化?如何
绕过常规的对象创建方法(new),提供一种"封装机制"来避免客户程序和这种"多系列具体对象创建工作"的紧耦合?
2.2、意图(Intent)
提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无需指定它们具体的类。——《设计模式》GoF
2.3、结构图(Structure)
该图是抽象工厂的UML图,结合抽象工厂的意图、动机和图示来理解该模式,今天我们就以建设房子为例来说明抽象工厂的实现机理。
2.4、模式的组成
从上图可以看出,在抽象工厂模式的结构图有以下角色:
1)抽象产品类角色(AbstractProduct):为抽象工厂中相互依赖的每种产品定义抽象接口对象,也可以这样说,有几种产品,就要声明几个抽象角色,
每一个抽象产品角色和一种具体的产品相匹配。
2)具体产品类(ConcreteProduct):具体产品类实现了抽象产品类,是针对某个具体产品的实现的类型。
3)抽象工厂类角色(AbstractFactory):定义了创建一组相互依赖的产品对象的接口操作,每种操作和每种产品一一对应。
4)具体工厂类角色(ConcreteFactory):实现抽象类里所有抽象接口操作,可以创建某系列具体的产品,这些具体的产品是“抽象产品类角色”的子类。
2.5、抽象工厂的具体代码实现
随着我们年龄的增长,我们也到了结婚的年龄,结婚首要的问题就是房子的问题。假设我有一个很有钱的爸爸(呃,发梦中……),我的哥哥们希望能有
一套欧式风格的房子,再加上田园风光,悠闲自在。而我就不一样了,我希望有一套现代样式的房子。由于房子由房顶、地板、窗户和房门组成(其他组
件暂时省略),每套房子的房顶、地板、窗户和房门都是一个体系的。
下面让我们看看如何使用抽象工厂模式来实现不同房屋的建造:
![](http://img.e-com-net.com/image/info8/2b246dbcfe82488397e9aa432bbc4e31.gif)
class Program { ////// 房顶抽象类,子类的房顶必须继承该类。 /// public abstract class Roof { /// /// 创建房顶 /// public abstract void Create(); } /// /// 地板抽象类,子类的地板必须继承该类。 /// public abstract class Floor { /// /// 创建地板 /// public abstract void Create(); } /// /// 窗户抽象类,子类的窗户必须继承该类。 /// public abstract class Window { /// /// 创建窗户 /// public abstract void Create(); } /// /// 房门抽象类,子类的房门必须继承该类。 /// public abstract class Door { /// /// 创建房门 /// public abstract void Create(); } /// /// 欧式的房顶 /// public class EuropeanRoof : Roof { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的房顶"); } } /// /// 欧式的地板 /// public class EuropeanFloor : Floor { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的地板"); } } /// ///欧式的窗户 /// public class EuropeanWindow : Window { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的窗户"); } } /// /// 欧式的房门 /// public class EuropeanDoor : Door { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的房门"); } } /// /// 现代的房顶 /// public class ModernizationRoof : Roof { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的房顶"); } } /// /// 现代的地板 /// public class ModernizationFloor : Floor { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的地板"); } } /// /// 现代的窗户 /// public class ModernizationWindow : Window { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的窗户"); } } /// /// 现代的房门 /// public class ModernizationDoor : Door { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的房门"); } } /// /// 抽象工厂类,提供创建不同类型房子的接口。 /// public abstract class AbstractFactory { //抽象工厂提供创建一系列产品的接口,此处给出了房顶、地板、窗户和房门的创建接口。 public abstract Roof CreateRoof(); public abstract Floor CreateFloor(); public abstract Window CreateWindow(); public abstract Door CreateDoor(); } /// /// 欧式风格房子的工厂,负责创建欧式风格的房子。 /// public class EuropeanFactory : AbstractFactory { //制作欧式房顶 public override Roof CreateRoof() { return new EuropeanRoof(); } //制作欧式地板 public override Floor CreateFloor() { return new EuropeanFloor(); } //制作欧式窗户 public override Window CreateWindow() { return new EuropeanWindow(); } //制作欧式房门 public override Door CreateDoor() { return new EuropeanDoor(); } } /// /// 现在风格房子的工厂,负责创建现代风格的房子。 /// public class ModernizationFactory : AbstractFactory { //制作现代房顶 public override Roof CreateRoof() { return new ModernizationRoof(); } //制作现代地板 public override Floor CreateFloor() { return new ModernizationFloor(); } //制作现代窗户 public override Window CreateWindow() { return new ModernizationWindow(); } //制作现代房门 public override Door CreateDoor() { return new ModernizationDoor(); } } static void Main(string[] args) { #region 抽象工厂模式 //欧式风格的房子 AbstractFactory europeanFactory = new EuropeanFactory(); europeanFactory.CreateRoof().Create(); europeanFactory.CreateFloor().Create(); europeanFactory.CreateWindow().Create(); europeanFactory.CreateDoor().Create(); //现代风格的房子 AbstractFactory modernizationFactory = new ModernizationFactory(); modernizationFactory.CreateRoof().Create(); modernizationFactory.CreateFloor().Create(); modernizationFactory.CreateWindow().Create(); modernizationFactory.CreateDoor().Create(); Console.Read(); #endregion } }
运行结果如下:
2.6、 抽象工厂应对需求变更
假设我的姐姐一看我们的房子很好,她希望有一套古典风格的房子,怎么处理呢?
![](http://img.e-com-net.com/image/info8/2b246dbcfe82488397e9aa432bbc4e31.gif)
class Program { ////// 房顶抽象类,子类的房顶必须继承该类。 /// public abstract class Roof { /// /// 创建房顶 /// public abstract void Create(); } /// /// 地板抽象类,子类的地板必须继承该类。 /// public abstract class Floor { /// /// 创建地板 /// public abstract void Create(); } /// /// 窗户抽象类,子类的窗户必须继承该类。 /// public abstract class Window { /// /// 创建窗户 /// public abstract void Create(); } /// /// 房门抽象类,子类的房门必须继承该类。 /// public abstract class Door { /// /// 创建房门 /// public abstract void Create(); } /// /// 欧式的房顶 /// public class EuropeanRoof : Roof { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的房顶"); } } /// /// 欧式的地板 /// public class EuropeanFloor : Floor { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的地板"); } } /// ///欧式的窗户 /// public class EuropeanWindow : Window { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的窗户"); } } /// /// 欧式的房门 /// public class EuropeanDoor : Door { public override void Create() { Console.WriteLine("创建欧式的房门"); } } /// /// 现代的房顶 /// public class ModernizationRoof : Roof { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的房顶"); } } /// /// 现代的地板 /// public class ModernizationFloor : Floor { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的地板"); } } /// /// 现代的窗户 /// public class ModernizationWindow : Window { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的窗户"); } } /// /// 现代的房门 /// public class ModernizationDoor : Door { public override void Create() { Console.WriteLine("创建现代的房门"); } } /// ///古典的房顶 /// public class ClassicalRoof : Roof { public override void Create() { Console.WriteLine("创建古典的房顶"); } } /// /// 古典的地板 /// public class ClassicalFloor : Floor { public override void Create() { Console.WriteLine("创建古典的地板"); } } /// /// 古典的窗户 /// public class ClassicalWindow : Window { public override void Create() { Console.WriteLine("创建古典的窗户"); } } /// /// 古典的房门 /// public class ClassicalDoor : Door { public override void Create() { Console.WriteLine("创建古典的房门"); } } /// /// 抽象工厂类,提供创建不同类型房子的接口。 /// public abstract class AbstractFactory { //抽象工厂提供创建一系列产品的接口,此处给出了房顶、地板、窗户和房门的创建接口。 public abstract Roof CreateRoof(); public abstract Floor CreateFloor(); public abstract Window CreateWindow(); public abstract Door CreateDoor(); } /// /// 欧式风格房子的工厂,负责创建欧式风格的房子。 /// public class EuropeanFactory : AbstractFactory { //制作欧式房顶 public override Roof CreateRoof() { return new EuropeanRoof(); } //制作欧式地板 public override Floor CreateFloor() { return new EuropeanFloor(); } //制作欧式窗户 public override Window CreateWindow() { return new EuropeanWindow(); } //制作欧式房门 public override Door CreateDoor() { return new EuropeanDoor(); } } /// /// 现在风格房子的工厂,负责创建现代风格的房子。 /// public class ModernizationFactory : AbstractFactory { //制作现代房顶 public override Roof CreateRoof() { return new ModernizationRoof(); } //制作现代地板 public override Floor CreateFloor() { return new ModernizationFloor(); } //制作现代窗户 public override Window CreateWindow() { return new ModernizationWindow(); } //制作现代房门 public override Door CreateDoor() { return new ModernizationDoor(); } } /// /// 古典风格房子的工厂,负责创建古典风格的房子。 /// public class ClassicalFactory : AbstractFactory { //创建古典房顶 public override Roof CreateRoof() { return new ClassicalRoof(); } //创建古典地板 public override Floor CreateFloor() { return new ClassicalFloor(); } //创建古典窗户 public override Window CreateWindow() { return new ClassicalWindow(); } //创建古典房门 public override Door CreateDoor() { return new ClassicalDoor(); } } static void Main(string[] args) { #region 抽象工厂模式 //欧式风格的房子 AbstractFactory europeanFactory = new EuropeanFactory(); europeanFactory.CreateRoof().Create(); europeanFactory.CreateFloor().Create(); europeanFactory.CreateWindow().Create(); europeanFactory.CreateDoor().Create(); //现代风格的房子 AbstractFactory modernizationFactory = new ModernizationFactory(); modernizationFactory.CreateRoof().Create(); modernizationFactory.CreateFloor().Create(); modernizationFactory.CreateWindow().Create(); modernizationFactory.CreateDoor().Create(); //古典风格的房子 AbstractFactory classicalFactory = new ClassicalFactory(); classicalFactory.CreateRoof().Create(); classicalFactory.CreateFloor().Create(); classicalFactory.CreateWindow().Create(); classicalFactory.CreateDoor().Create(); Console.Read(); #endregion } }
运行结果如下:
从上面代码可以看出,需要添加5个类:4个类分别创建古典风格的房顶、地板、窗户和房门的具体产品,另外一个是古典风格房子的工厂类,负责创建
古典风格的房子。
从上面代码可以看出,抽象工厂对于系列产品的变化支持开闭原则(对扩展开放,对修改封闭),扩展起来非常简便。但是,抽象工厂对于增加新产品
这种情况就不支持开闭原则,因为要修改创建系列产品的抽象基类AbstractFactory,增加相应产品的创建方法,这也是抽象工厂的缺点所在。
三、抽象工厂的实现要点
1)如果没有应对“多系列对象创建”的需求变化,则没有必要使用AbstractFactory模式,这时候使用简单工厂模式完全可以。
2)"系列对象"指的是这些对象之间有相互依赖、或作用的关系,例如游戏开发场景中“道路”与“房屋”的依赖,“道路”与“地道”的依赖。
3)AbstractFactory模式主要在于应对“新系列”的需求变动,其缺点在于难以应对“新对象”的需求变动。
4)AbstractFactory模式经常和FactoryMethod模式共同组合来应对“对象创建”的需求变化。
3.1抽象工厂模式的优点
抽象工厂模式将系列产品的创建工作延迟到具体工厂的子类中,我们声明工厂类变量的时候使用的是抽象类型,同理,我们使用产品类型也是抽象类型,
这样做可以尽可能地减少客户端代码与具体产品类之间的依赖,从而降低了系统的耦合度。耦合度降低了,对于后期的维护和扩展就更有利,这就是抽象
工厂模式的优点所在。
可能有人会说在Main方法里面(客户端)还是会使用具体的工厂类,对的。这个其实我们可以通过.Net配置文件把这部分移出去,把依赖关系放到配置文
件中。如果有新的需求我们只需要修改配置文件,根本就不需要修改代码了,让客户代码更稳定。依赖关系肯定会存在,我们要做的就是降低依赖,想完全
去除很难,也不现实。
3.2抽象工厂模式的缺点
有优点肯定就有缺点,因为每种模式都有它的使用范围,或者说不能解决的问题就是缺点。抽象工厂模式很难支持增加新产品的变化,这是因为抽象工厂
接口中已经确定了可以被创建的产品集合,如果需要添加新产品,此时就必须去修改抽象工厂的接口,这样就涉及到抽象工厂类以及所有子类的改变,这样
也就违背了开闭原则。
3.3抽象工厂模式的使用场景
如果系统需要多套的代码解决方案,并且每套的代码方案中又有很多相互关联的产品类型,并且在系统中可以相互替换地使用一套产品的时候就可以使用
该模式,客户端不需要依赖具体实现。
四、.NET中抽象工厂模式实现
微软的类库发展了这么多年,设计模式在里面有大量的应用。抽象工厂模式在.NET类库中也存在着大量的使用,比如和操作数据库有关的类型,这个类是
System.Data.Common.DbProviderFactory,此类位于System.Data.dll程序集中。该类扮演抽象工厂模式中抽象工厂的角色,我们可以用ILSpy反编译工具查
看该类的实现:
/// 扮演抽象工厂的角色
/// 创建连接数据库时所需要的对象集合
/// 这个对象集合包括有DbConnection对象(抽象产品类)、DbCommand类、DbDataAdapter类,针对不同的具体工厂都需要实现该抽象类中的方法。
![](http://img.e-com-net.com/image/info8/2b246dbcfe82488397e9aa432bbc4e31.gif)
public abstract class DbProviderFactory { public virtual bool CanCreateDataSourceEnumerator { get { return false; } } public virtual DbCommand CreateCommand() { return null; } public virtual DbCommandBuilder CreateCommandBuilder() { return null; } public virtual DbConnection CreateConnection() { return null; } public virtual DbConnectionStringBuilder CreateConnectionStringBuilder() { return null; } public virtual DbDataAdapter CreateDataAdapter() { return null; } public virtual DbParameter CreateParameter() { return null; } public virtual CodeAccessPermission CreatePermission(PermissionState state) { return null; } public virtual DbDataSourceEnumerator CreateDataSourceEnumerator() { return null; } }
DbProviderFactory类是一个抽象工厂类,该类提供了创建数据库连接时所需要的对象集合的接口,实际创建工作在其子类工厂中进行。微软使用的是
SQL Server数据库,因此提供了连接SQL Server数据的具体工厂实现,具体代码可以用反编译工具查看。
SqlClientFactory扮演着具体工厂的角色,用来创建连接SQL Server数据所需要的对象:
![](http://img.e-com-net.com/image/info8/2b246dbcfe82488397e9aa432bbc4e31.gif)
public sealed class SqlClientFactory : DbProviderFactory, IServiceProvider { public static readonly SqlClientFactory Instance = new SqlClientFactory(); public override bool CanCreateDataSourceEnumerator { get { return true; } } private SqlClientFactory() { } public override DbCommand CreateCommand() { return new SqlCommand(); } public override DbCommandBuilder CreateCommandBuilder() { return new SqlCommandBuilder(); } public override DbConnection CreateConnection() { return new SqlConnection(); } public override DbConnectionStringBuilder CreateConnectionStringBuilder() { return new SqlConnectionStringBuilder(); } public override DbDataAdapter CreateDataAdapter() { return new SqlDataAdapter(); } public override DbParameter CreateParameter() { return new SqlParameter(); } public override CodeAccessPermission CreatePermission(PermissionState state) { return new SqlClientPermission(state); } public override DbDataSourceEnumerator CreateDataSourceEnumerator() { return SqlDataSourceEnumerator.Instance; } object IServiceProvider.GetService(Type serviceType) { object result = null; if (serviceType == GreenMethods.SystemDataCommonDbProviderServices_Type) { result = GreenMethods.SystemDataSqlClientSqlProviderServices_Instance(); } return result; } }
OdbcFactory也是具体工厂类:
![](http://img.e-com-net.com/image/info8/2b246dbcfe82488397e9aa432bbc4e31.gif)
public sealed class OdbcFactory : DbProviderFactory { public static readonly OdbcFactory Instance = new OdbcFactory(); private OdbcFactory() { } public override DbCommand CreateCommand() { return new OdbcCommand(); } public override DbCommandBuilder CreateCommandBuilder() { return new OdbcCommandBuilder(); } public override DbConnection CreateConnection() { return new OdbcConnection(); } public override DbConnectionStringBuilder CreateConnectionStringBuilder() { return new OdbcConnectionStringBuilder(); } public override DbDataAdapter CreateDataAdapter() { return new OdbcDataAdapter(); } public override DbParameter CreateParameter() { return new OdbcParameter(); } public override CodeAccessPermission CreatePermission(PermissionState state) { return new OdbcPermission(state); } }
当然,我们也有OleDbFactory类型,都是负责具体的数据库操作。DbProviderFactory就是抽象工厂模式UML里面AbstractFactory类型,其它具体的工厂类
型继承于DbProviderFactory类型。
五、总结
学习设计模式不能死学,要把握核心点和使用场景,关键点是面向对象设计模式的基本原则。有了原则,考虑问题就不会跑偏,然后再仔细把握每种模式的
使用场景和要解决的问题,多写写代码,多看看Net的类库,它是最好的教材。