抽象工厂模式

概念

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是指提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，无须指定他们具体的类。客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节，强调的是一系列相关的产品对象（属于同一产品族）一起使用创建对象需要大量重复的代码。需要提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于具体实现。

角色

• AbstractFactory（抽象工厂）：它声明了一组用于创建一族产品的方法，每一个方法对应一种产品。
• ConcreteFactory（具体工厂）：它实现了在抽象工厂中声明的创建产品的方法，生成一组具体产品，这些产品构成了一个产品族，每一个产品都位于某个产品等级结构中。
• AbstractProduct（抽象产品）：它为每种产品声明接口，在抽象产品中声明了产品所具有的业务方法。
• ConcreteProduct（具体产品）：它定义具体工厂生产的具体产品对象，实现抽象产品接口中声明的业务方法。

结构图

抽象工厂模式结构图.png

案例

以课程为例，假设一个课程需要提供录播视频、笔记、源码等资源才构成完整的课程。

创建 IVideo 和 INote 接口：

public interface IVideo{
    void record();
}

public interface INote{
    void edit();
}

创建抽象工厂类 CourseFactory ：

public abstract class CourseFactory{
    public void init(){
        System.out.println("初始化数据");
    }
    
    protected abstract IVideo createNote();
    
    protected abstract INote createNote();
}

创建 Java 产品族，Java 视频 JavaVideo 类：

public class JavaVideo implements IVideo{
    public void record(){
        System.out.println("录制 Java 视频");
    }
}

扩展产品等级 Java 课堂笔记 JavaNote 类：

public class JavaNote implements INote{
    public void edit(){
        System.out.println("编写 Java 笔记");
    }
}

创建 Java 产品族的具体工厂：

public class JavaCourseFactory extends CourseFactory{
    public INote createNote(){
        super.init();
        return new JavaNote();
    }
    
    public IVideo createVideo(){
        super.init();
        return new JavaVideo();
    }
}

Python 产品同理：

public class PythonVideo implements IVideo{
    public void record(){
        System.out.println("录制 Python 视频");
    }
}

public class PythonNote implements INote{
    public void edit(){
        System.out.println("编写 Python 笔记");
    }
}

Python 产品族具体工厂：

public class PythonCourseFactory implements CourseFactory{
    public IVideo createVideo(){
        return new PythonVideo();
    }
    
    public INote createNote(){
        return new PythonNote();
    }
}

客户端调用代码：

public static void main(String[] args){
    JavaCourseFactory factory = new JavaCourseFactory();
    factory.createNote.edit();
    factory.createVideo.record();
}

开闭原则的倾斜性

在抽象工厂模式中，增加新的产品族很方便，但是增加新的产品等级结构很麻烦，抽象工厂模式的这种性质称为“开闭原则”的倾斜性。“开闭原则”要求系统对扩展开放，对修改关闭，通过扩展达到增强其功能的目的，对于涉及到多个产品族与多个产品等级结构的系统，其功能增强包括两方面：

• 增加产品族：对于增加新的产品族，抽象工厂模式很好地支持了“开闭原则”，只需要增加具体产品并对应增加一个新的具体工厂，对已有代码无须做任何修改。
• 增加新的产品等级结构：对于增加新的产品等级结构，需要修改所有的工厂角色，包括抽象工厂类，在所有的工厂类中都需要增加生成新产品的方法，违背了“开闭原则”。

总结

优点

• 抽象工厂模式隔离了具体类的生成，使得客户并不需要知道什么被创建。由于这种隔离，更换一个具体工厂就变得相对容易，所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的那些公共接口，因此只需改变具体工厂的实例，就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为
• 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象
• 增加新的产品族很方便，无须修改已有系统，符合开闭原则

缺点

• 增加新的产品等级结构麻烦，需要对原有系统进行较大的修改，甚至需要修改抽象层代码，违背了开闭原则

适用场景

• 一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节，这对于所有类型的工厂模式都是很重要的，用户无须关心对象的创建过程，将对象的创建和使用解耦
• 系统中有多于一个的产品族，而每次只使用其中某一产品族。可以通过配置文件等方式来使得用户可以动态改变产品族，也可以很方便地增加新的产品族
• 属于同一个产品族的产品将在一起使用
• 产品等级结构稳定，设计完成之后，不会向系统中增加新的产品等级结构或者删除已有的产品等级结构