设计模式之二十四——抽象工厂模式
1 介绍
抽象工厂模式又称为Kit模式，属于对象创建型模式。它提供了一种创建对象的最佳方式。
1.1 什么是抽象工厂模式
抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定它们具体的类。
抽象工厂模式是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。
1.2 解决了什么问题
在工厂方法模式中具体工厂负责生产具体的产品，每一个具体工厂对应一种具体产品，工厂方法也具有唯一性，一般情况下，一个具体工厂中只有一个工厂方法或者一组重载的工厂方法。但是有时候我们需要一个工厂可以提供多个产品对象，而不是单一的产品对象。
为了更清晰地理解工厂方法模式，需要先引入两个概念：
- 产品等级结构 ：产品等级结构即产品的继承结构，如一个抽象类是电视机，其子类有海尔电视机、海信电视机、TCL电视机，则抽象电视机与具体品牌的电视机之间构成了一个产品等级结构，抽象电视机是父类，而具体品牌的电视机是其子类。
- 产品族 ：在抽象工厂模式中，产品族是指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品，如海尔电器工厂生产的海尔电视机、海尔电冰箱，海尔电视机位于电视机产品等级结构中，海尔电冰箱位于电冰箱产品等级结构中。
当系统所提供的工厂所需生产的具体产品并不是一个简单的对象，而是多个位于不同产品等级结构中属于不同类型的具体产品时需要使用抽象工厂模式。
抽象工厂模式是所有形式的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形态。
2 原理
抽象工厂模式包含如下角色：
- AbstractFactory：抽象工厂
- ConcreteFactory：具体工厂
- AbstractProduct：抽象产品
- Product：具体产品
2.1 uml图
通用类图
2.2 代码示例
AbstractProductA代码示例
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();
}
ProductA代码示例
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");
}
}
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。
AbstractCreator代码示例
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。
Creator代码示例
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。
在具体的业务中产生一个与实现无关的对象
调用示例
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Client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。
2.3 优缺点
-
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。
-
缺点
产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。
3 适用场景
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。
例如：
1、QQ 换皮肤，一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。
4 与其他模式的关系
- 抽象工厂模式VS工厂方法模式
抽象工厂模式与工厂方法模式最大的区别在于，工厂方法模式针对的是一个产品等级结构，而抽象工厂模式则需要面对多个产品等级结构，一个工厂等级结构可以负责多个不同产品等级结构中的产品对象的创建 。当一个工厂等级结构可以创建出分属于不同产品等级结构的一个产品族中的所有对象时，抽象工厂模式比工厂方法模式更为简单、有效率。
5 总结
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。
参考书籍及文章
1.《Java与模式》，电子工业出版社，阎宏
- 《大话设计模式》，清华大学出版社，程杰
- 《设计模式——可复用面向对象软件的基础》，机械工业出版社，Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson，John Vlissides
- 《图说设计模式》，https://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/index.html
- 《设计模式之禅》，https://www.kancloud.cn/sstd521/design/193528
