设计模式 — 抽象工厂模式
抽象工厂模式
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- 女娲的失误
- 实例 一
- 实例 二
- 抽象工厂模式的应用
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- 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
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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
@Override
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
@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：
public abstract class AbstractBlackHuman implements Human{
//黑色人种的颜色是黑色的
@Override
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
@Override
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{
//黄色人种的颜色是黄色的
@Override
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
@Override
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，代码如下所示：
黄色女性人种：
public class FemaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman{
//黄人女性
@Override
public void getSex() {
System.out.println("黄人女性");
}
}
黄色男性人种：
public class MaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman{
//黄人男性
@Override
public void getSex() {
System.out.println("黄人男性");
}
}
白色女性人种：
public class FemaleWhiteHuman extends AbstractWhiteHuman{
//白人女性
@Override
public void getSex() {
System.out.println("白人女性");
}
}
白色男性人种：
public class MaleWhiteHuman extends AbstractWhiteHuman{
//白人男性
@Override
public void getSex() {
System.out.println("白人男性");
}
}
黑色女性人种：
public class FemaleBlackHuman extends AbstractBlackHuman{
//黑人女性
@Override
public void getSex() {
System.out.println("黑人女性");
}
}
黑色男性人种：
public class MaleBlackHuman extends AbstractBlackHuman{
//黑人男性
@Override
public 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
@Override
public Human createYellowHuman() {
return new FemaleYellowHuman();
}
//产出白色人种
@Override
public Human createWhiteHuman() {
return new FemaleWhiteHuman();
}
//产出黑色人种
@Override
public 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
@Override
public Human createYellowHuman() {
return new MaleYellowHuman();
}
//产出白色人种男性
@Override
public Human createWhiteHuman() {
return new MaleWhiteHuman();
}
//产出黑色人种男性
@Override
public 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{
@Override
public void doSomething() {
System.out.println("产品A1的实现方法");
}
}
public class ProductA2 extends AbstractProductA{
@Override
public 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{
@Override
public void doSomething() {
System.out.println("产品B1的实现方法");
}
}
public class ProductB2 extends AbstractProductB{
@Override
public 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
@Override
public AbstractProductA createProductA() {
return new ProductA1();
}
//只生产产品等级为1的B产品
@Override
public 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
@Override
public AbstractProductA createProductA() {
return new ProductA2();
}
//只生产产品等级为2的B产品
@Override
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。
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。