设计模式：Java设计模式之抽象工厂模式

女娲的失误

在上一篇中讲了女娲造人的故事，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，所有的人种都消灭掉了，世界又是空无一物，寂静而又寂寞。

人类创建工厂只有一个，要么都产生男性，要么都产生女性，要实现创建出不同性别的人类的需求，就需要将工厂变成两个：男性人类创建工厂和女性人类创建工厂。

类图：

(图片取自《设计模式之禅》)

示例代码

人种接口

Human.java

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();
}

抽象人种类

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。

AbstractWhiteHuman.java

public abstract class AbstractWhiteHuman implements Human {

    //白色人种的皮肤颜色是白
    public void getColor() {
        System.out.println("白色");
    }

    //白色人种讲话
    public void talk() {
        System.out.println("白色人种讲话");
    }

}

其他人种抽象类代码类似。

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。

黄色女性人种

FemaleYellowHuman.java

public class FemaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman{

    @Override
    public void getSex() {
        System.out.println("黄人女性。");
    }
}

其他类似。

人类创建工厂类接口

HumanFactory.java

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();

}

生产女性的工厂

FemaleHumanFactory.java

public class FemaleHumanFactory implements HumanFactory{

    @Override
    public Human createYellowHuman() {
        return new FemaleYellowHuman();
    }

    @Override
    public Human createWhiteHuman() {
        return new FemaleWhiteHuman();
    }

    @Override
    public Human createBlackHuman() {
        return new FemaleWhiteHuman();
    }
}

生产男性的工厂类似。

女娲类

NvWa.java

public class NvWa {

    public static void main(String[] args) {

        //第一条生产线，男性生产线
        HumanFactory maleHumanFactory = new MaleHumanFactory();
        //第二条生产线，女性生产线
        HumanFactory femaleHumanFactory = new FemaleHumanFactory();
        //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.talk();
        femaleYellowHuman.getSex();
        System.out.println("\n---生产一个黄色男性---");
        maleYellowHuman.getColor();
        maleYellowHuman.talk();
        maleYellowHuman.getSex();

    }

}

运行结果

每个工厂分很多车间，每个车间又分多条生产线，分别生产不同的产品，我们可以把人类生产工厂比喻为车间，把工厂生产的工艺（生产白人、黑人还是黄人）称为生产线，如此来看就是一个女性生产车间，专门生产各种肤色的女性，一个是男性生产车间，专门生产各种肤色男性，生产完毕就可以在系统外组装。

在这样的设计下，各个车间和各条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，要知道世界上黑、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。

(取自《设计模式之禅》)

抽象工厂模式的定义

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是一种比较常用的模式，其定义如下：

Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifying their concrete classes.（为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无须指定它们的具体类。）

抽象工厂模式通用类图：

(图片取自《设计模式之禅》)

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。

抽象工厂模式源码类图：

(图片取自《设计模式之禅》)

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。

代码清单

抽象产品类

AbstractProductA.java

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();

}

产品A1的实现类

ProductA1.java

public class ProductA1 extends AbstractProductA{

    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("产品A1的实现方法");
    }
}

产品A2的实现类

ProductA2.java

public class ProductA2 extends AbstractProductA{

    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("产品A2的实现方法");
    }
}

产品类B类似，不再贴代码。

抽象工厂类

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.java

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();

}

有个N个产品族，这里抽象工厂类中就应该有N个创建方法

产品等级1的实现类

Creator1.java

public class Creator1 extends AbstractCreator{

    @Override
    public AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    @Override
    public AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}

产品等级2的实现类

Creator2.java

public class Creator2 extends AbstractCreator{

    @Override
    public AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

    @Override
    public AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB2();
    }
}

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

Client.java

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();

        /**
         * other
         */
    }

}

在场景类中，没有任何一个方法与实现类有关系，对一个产品来说，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。

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。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？

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。方法createProductC()，然后两个实现类都要修改，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”，——只要与这段代码有关系，就可能产生侵害的危险！

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。

例如一个文本编辑器和一个图片处理器，都是软件实体，但是linux下的文本编辑器和Windows下的文本编辑器虽然功能和界面都相同，但是代码实现是不同的，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辑器和图片处理器。

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，现实世界还有一种性别：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务，完全通过扩展来实现需求的变更，从这一点上看，抽象工厂模式是符合开闭原则的。