设计模式之 —— 抽象工厂 Evergreen 2020年11月12日 设计模式 预计阅读 14 分钟 ## 抽象工厂模式 在工厂方法模式中，我们使用一个工厂创建一个产品，也就是说一个具体的工厂对应一个具体的产品。但是有时候我们需要一个工厂能够提供多个产品对象，而不是单一的对象，这个时候我们就需要使用抽象工厂模式。 在讲解抽象工厂模式之前，我们需要厘清两个概念： 产品等级结构。产品的等级结构也就是产品的继承结构。例如一个为空调的抽象类，它有海尔空调、格力空调、美的空调等一系列的子类，那么这个抽象类空调和他的子类就构成了一个产品等级结构。 产品族。产品族是在抽象工厂模式中的。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。比如，海尔工厂生产海尔空调。海尔冰箱，那么海尔空调则位于空调产品族中。 产品等级结构和产品族结构示意图如下：  ### 一、基本定义 抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或者依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。 抽象工厂允许客户端使用抽象的接口来创建一组相关的产品，而不需要关系实际产出的具体产品是什么。这样一来，客户就可以从具体的产品中被解耦。 ### 二、模式结构 抽象工厂模式的UML结构图如下：  模式结构说明。 `AbstractFactory`：`抽象工厂`。抽象工厂定义了一个接口，所有的具体工厂都必须实现此接口，这个接口包含了一组方法用来生产产品。 `ConcreteFactory`：`具体工厂`。具体工厂是用于生产不同产品族。要创建一个产品，客户只需要使用其中一个工厂完全不需要实例化任何产品对象。 `AbstractProduct`：`抽象产品`。这是一个产品家族，每一个具体工厂都能够生产一整组产品。 `Product`：`具体产品`。 ### 三、模式实现 依然是披萨店。为了要保证每家加盟店都能够生产高质量的披萨，防止使用劣质的原料，我们打算建造一家生产原料的工厂，并将原料运送到各家加盟店。但是加盟店都位于不同的区域，比如纽约、芝加哥。纽约使用一组原料，芝加哥使用另一种原料。在这里我们可以这样理解，这些不同的区域组成了原料家族，每个区域实现了一个完整的原料家族。  首先创建一个原料工厂。该工厂为抽象工厂，负责创建所有的原料。`PizzaIngredientFactory.java` ``` 1 public interface PizzaIngredientFactory { 2 /* 3 * 在接口中，每个原料都有一个对应的方法创建该原料 4 */ 5 public Dough createDough(); 6 7 public Sauce createSauce(); 8 9 public Cheese createCheese(); 10 11 public Veggies[] createVeggies(); 12 13 public Pepperoni createPepperoni(); 14 15 public Clams createClams(); 16 } ``` 原料工厂创建完成之后，需要创建具体的原料工厂。该具体工厂只需要继承PizzaIngredientFactory，然后实现里面的方法即可。 纽约原料工厂：`NYPizzaIngredientFactory.java` ``` 1 public class NYPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory{ 2 3 @Override 4 public Cheese createCheese() { 5 return new ReggianoCheese(); 6 } 7 8 @Override 9 public Clams createClams() { 10 return new FreshClams(); 11 } 12 13 @Override 14 public Dough createDough() { 15 return new ThinCrustDough(); 16 } 17 18 @Override 19 public Pepperoni createPepperoni() { 20 return new SlicedPepperoni(); 21 } 22 23 @Override 24 public Sauce createSauce() { 25 return new MarinaraSauce(); 26 } 27 28 @Override 29 public Veggies[] createVeggies() { 30 Veggies veggies[] = {new Garlic(),new Onion(),new Mushroom(),new RefPepper()}; 31 return veggies; 32 } 33 34 } ``` 重新返回到披萨。在这个披萨类里面，我们需要使用原料，其他方法保持不变，将prepare()方法声明为抽象，在这个方法中，我们需要收集披萨所需要的原料。 `Pizza.java` ``` 1 public abstract class Pizza { 2 /* 3 * 每个披萨都持有一组在准备时会用到的原料 4 */ 5 String name; 6 Dough dough; 7 Sauce sauce; 8 Veggies veggies[]; 9 Cheese cheese; 10 Pepperoni pepperoni; 11 Clams clams; 12 13 /* 14 * prepare()方法声明为抽象方法。在这个方法中，我们需要收集披萨所需要的原料，而这些原料都是来自原料工厂 15 */ 16 abstract void prepare(); 17 18 void bake(){ 19 System.out.println("Bake for 25 munites at 350"); 20 } 21 22 void cut(){ 23 System.out.println("Cutting the pizza into diagonal slices"); 24 } 25 26 void box(){ 27 System.out.println("Place pizza in official PizzaStore box"); 28 } 29 30 public String getName() { 31 return name; 32 } 33 34 public void setName(String name) { 35 this.name = name; 36 } 37 38 } ``` `CheesePizza.java` ``` 1 public class CheesePizza extends Pizza{ 2 PizzaIngredientFactory ingredientFactory; 3 4 /* 5 * 要制作披萨必须要有制作披萨的原料，而这些原料是从原料工厂运来的 6 */ 7 public CheesePizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory){ 8 this.ingredientFactory = ingredientFactory; 9 prepare(); 10 } 11 12 / 13 * 实现prepare方法 14 * prepare 方法一步一步地创建芝士比萨，每当需要原料时，就跟工厂要 15 */ 16 void prepare() { 17 System.out.println("Prepareing " + name); 18 dough = ingredientFactory.createDough(); 19 sauce = ingredientFactory.createSauce(); 20 cheese = ingredientFactory.createCheese(); 21 } 22 23 } ``` Pizza的代码利用相关的工厂生产原料。所生产的原料依赖所使用的工厂，Pizza类根本不关心这些原料，它只需要知道如何制作披萨即可。这里，Pizza和区域原料之间被解耦。 `ClamPizza.java` ``` 1 public class ClamPizza extends Pizza{ 2 3 PizzaIngredientFactory ingredientFactory; 4 5 public ClamPizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory){ 6 this.ingredientFactory = ingredientFactory; 7 } 8 9 @Override 10 void prepare() { 11 System.out.println("Prepare " + name); 12 dough = ingredientFactory.createDough(); 13 sauce = ingredientFactory.createSauce(); 14 cheese = ingredientFactory.createCheese(); 15 clams = ingredientFactory.createClams(); 16 } 17 18 } ``` 做完披萨后，需要关注披萨店了。 在披萨店中，我们依然需要关注原料，当地的披萨店需要和本地的原料工厂关联起来。 `PizzaStore.java` ``` 1 public abstract class PizzaStore { 2 public Pizza orderPizza(String type){ 3 Pizza pizza; 4 pizza = createPizza(type); 5 6 pizza.prepare(); 7 pizza.bake(); 8 pizza.cut(); 9 pizza.box(); 10 11 return pizza; 12 } 13 14 /* 15 * 创建pizza的方法交给子类去实现 16 */ 17 abstract Pizza createPizza(String type); 18 } ``` 纽约的披萨店：`NYPizzaStore.java` ``` 1 public class NYPizzaStore extends PizzaStore{ 2 3 @Override 4 Pizza createPizza(String type) { 5 Pizza pizza = null; 6 //使用纽约的原料工厂 7 PizzaIngredientFactory ingredientFactory = new NYPizzaIngredientFactory(); 8 if("cheese".equals(type)){ 9 pizza = new CheesePizza(ingredientFactory); 10 pizza.setName("New York Style Cheese Pizza"); 11 } 12 else if("veggie".equals(type)){ 13 pizza = new VeggiePizza(ingredientFactory); 14 pizza.setName("New York Style Veggie Pizza"); 15 } 16 else if("clam".equals(type)){ 17 pizza = new ClamPizza(ingredientFactory); 18 pizza.setName("New York Style Clam Pizza"); 19 } 20 else if("pepperoni".equals(type)){ 21 pizza = new PepperoniPizza(ingredientFactory); 22 pizza.setName("New York Style Pepperoni Pizza"); 23 } 24 return pizza; 25 } 26 } ``` 其中PizzaIngredientFactory是抽象的披萨原料工厂接口，它定义了如何生产一个相关产品的家族。这个家族包含了所有制作披萨的原料。 NYPizzaIngredientFactory和ChicagoPizzaIngredientFactory是两个具体披萨工厂类，他们负责生产相应的披萨原料。 NYPizzaStore是抽象工厂的客户端。 ### 四、模式优缺点 **优点** 1、 抽象工厂隔离了具体类的生成，是的客户端不需要知道什么被创建。所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的公共接口，因此只需要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。 2、 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。 **缺点** 添加新的行为时比较麻烦。如果需要添加一个新产品族对象时，需要更改接口及其下所有子类，这必然会带来很大的麻烦。 ### 五、模式使用场景 1. 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重要的。 2.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。 1. 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。 2. 系统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。 ### 六、总结 1、 抽象工厂模式中主要的优点在于具体类的隔离，是的客户端不需要知道什么被创建了。其缺点在于增加新的等级产品结构比较复杂，需要修改接口及其所有子类。
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