更新于 

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:

image-20210613222230506

(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

image-20210613224408872

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:

image-20210613224804349

(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:

image-20210619172233318

(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。