设计模式

1 抽象工厂模式定义

抽象工厂模式可以说是是工厂方法模式的升级版，当需要创建的产品有多个产品线（产品族）时使用抽象工厂模式是比较好的选择。

我们一直都是生产联想和惠普的电脑，但是电脑也有多个产品线：台式机、笔记本和平板等等，联想和惠普都在生产这些不同产品线上的电脑，使用工厂方法模式已经满足不了需求，这一篇文章我们就用抽象工厂模式来解决这一问题。

1.1 抽象工厂模式定义

为创建一组相关或者相互依赖的对象提供一个接口，而无需指定它们的具体类。

1.2 抽象工厂模式UML图

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在抽象工厂模式中有如下角色：

• AbstractFactory：抽象工厂，它声明了用来创建不同产品的方法。
• ConcreteFactory：具体工厂，实现抽象工厂中定义的创建产品的方法。
• AbstractProduct：抽象产品，为每种产品声明业务方法。比如上图的AbstractProductA和 AbstractProductB。
• ConcreteProduct：具体产品，定义具体工厂生产的具体产品，并实现抽象产品中定义的业务方法。

2 抽象工厂模式简单实现

联想和惠普生产的电脑分为了两个产品线，一个台式机，一个是笔记本。为了解决增加产品线的问题，我们用抽象工厂模式来进行实现。

2.1 抽象产品

首先定义抽象产品类：

public abstract class DesktopComputer {
  public abstract void start();
}
public abstract class NotebookComputer {
   public abstract void start();
}

两个抽象产品类分别为DesktopComputer和NotebookComputer ，用来定义两个产品线：台式机和笔记本。它们都定义了start方法，用来启动电脑。

2.2 具体产品

具体产品为联想和惠普旗下的台式机和笔记本，如下所示。

public class LenovoDesktopComputer extends DesktopComputer {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("联想台式电脑启动");
    }
}

public class HpDesktopComputer extends DesktopComputer {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("惠普台式电脑启动");
    }
}

public class LenovoNotebookComputer extends NotebookComputer {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("联想笔记本电脑启动");
    }
}
public class HpNotebookComputer extends NotebookComputer {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("惠普笔记本电脑启动");
    }
}

2.3 抽象工厂

接着创建生产电脑的抽象工厂，如下所示，

public abstract class ComputerFactory {
    public abstract DesktopComputer createDesktopComputer();
    public abstract NotebookComputer createNotebookComputer();
}

定义了两个方法，分别用来生产台式电脑和笔记本电脑。

2.4 具体工厂

定义联想和惠普工厂：

public class LenovoFactory extends ComputerFactory {
    @Override
    public DesktopComputer createDesktopComputer() {
        return new LenovoDesktopComputer();
    }
    @Override
    public NotebookComputer createNotebookComputer() {
        return new LenovoNotebookComputer();
    }
}

public class HpFactory extends ComputerFactory {
    @Override
    public DesktopComputer createDesktopComputer() {
        return new HpDesktopComputer();
    }

    @Override
    public NotebookComputer createNotebookComputer() {
        return new HpNotebookComputer();
    }
}

联想工厂和惠普工厂用来生产台式机和笔记本这两个不同产品线的电脑。

2.5 客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[]args) {
        ComputerFactory lenocoFactory=new LenovoFactory();
        lenocoFactory.createDesktopComputer().start();
        lenocoFactory.createNotebookComputer().start();
        ComputerFactory hpFactory=new HpFactory();
        hpFactory.createDesktopComputer().start();
        hpFactory.createNotebookComputer().start();
    }
}

接下来给出这个例子的UML图，更便于理解，如下所示。

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3 优点和缺点

3.1 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。另外，应用抽象工厂模式可以实现高内聚低耦合的设计目的，因此抽象工厂模式得到了广泛的应用。
• 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。这对一些需要根据当前环境来决定其行为的软件系统来说，是一种非常实用的设计模式。
• 增加新的具体工厂和产品族很方便，无须修改已有系统，符合“开闭原则”。

3.2 缺点

• 在添加新的产品对象时，难以扩展抽象工厂来生产新种类的产品，这是因为在抽象工厂角色中规定了所有可能被创建的产品集合，要支持新种类的产品就意味着要对该接口进行扩展，而这将涉及到对抽象工厂角色及其所有子类的修改，显然会带来较大的不便。
• 开闭原则的倾斜性
  (1) 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。
  (2) 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产新产品的方法，违背了“开闭原则”。

正因为抽象工厂模式存在“开闭原则”的倾斜性，它以一种倾斜的方式来满足“开闭原则”，为增加新产品族提供方便，但不能为增加新产品结构提供这样的方便，因此要求设计人员在设计之初就能够全面考虑，不会在设计完成之后向系统中增加新的产品等级结构，也不会删除已有的产品等级结构，否则将会导致系统出现较大的修改，为后续维护工作带来诸多麻烦。

4 适用环境

在以下情况下可以考虑使用抽象工厂模式：

• 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，这一约束必须在系统的设计中体现出来。同一个产品族中的产品可以是没有任何关系的对象，但是它们都具有一些共同的约束，如同一制作水果蛋糕用的水果--草莓和芒果，草莓和芒果之间没有直接关系，但它们都是属于水果。
• 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。

5 模式扩展

“开闭原则”的倾斜性
“开闭原则”要求系统对扩展开放，对修改封闭，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，工厂方法模式很好的支持了“开闭原则”，对于新增加的产品族，只需要对应增加一个新的具体工厂即可，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产新产品的方法，不能很好地支持“开闭原则”。

工厂模式的退化

• 当抽象工厂模式中每一个具体工厂类只创建一个产品对象，也就是只存在一个产品等级结构时，抽象工厂模式退化成工厂方法模式；
• 当工厂方法模式中抽象工厂与具体工厂合并，提供一个统一的工厂来创建产品对象，并将创建对象的工厂方法设计为静态方法时，工厂方法模式退化成简单工厂模式。

参考

设计模式（十三）抽象工厂模式
设计模式--抽象工厂模式