抽象工厂模式

引言

工厂方法模式通过引入工厂等级结构，解决了简单工厂模式中工厂类职责太重的问题，但由于工厂方法模式中的每个具体工厂只生产一类产品，可能会导致系统中存在大量的工厂类（每增加一个产品，需要增加一个具体工厂类和具体产品类），势必会增加系统的开销。

此时，我们可以考虑将一些相关的产品组成一个"产品族"，由同一个工厂来统一生产，这就是我们将要学习的抽象工厂模式的基本思想。

1.概念

****产品族：****同一个工厂生产的不同类型的产品（本质不同）就是产品族。

****产品等级结构：****不同工厂生产的同一产品（本质相同）就是产品等级结构。

只看概念，这两个名词比较抽象，接下来举个例子：小米工厂生产小米手机、小米电脑等等电子产品，华为工厂生产华为手机、华为电脑等等电子产品。那么小米手机、华为手机属于同一产品等级结构，因为它们的本质是手机，也就是父类是手机，子类是各个具体的品牌手机。同理，小米电脑和华为电脑也是同一产品等级结构。而小米手机和小米电脑却属于同一产品族，因为它们的本质不同，但是它们却是同一个工厂生产的。相信到这里已经可以启发大家了，同一个工厂可以生产不同类型的产品（产品族），那么在多种产品中是否可以进行分类？让同一产品族的产品由一个具体工厂生产，这样不就能大大减少工厂类的个数了？下面我们来看看抽象工厂模式：

抽象工厂模式(Factory MethodPattern) ****：****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。抽象工厂模式又称为Kit模式，它是一种对象创建型模式。

2.一般的模式结构图

3.模式分析

**AbstractProduct：**抽象产品角色，它为每种产品声明接口，在抽象产品中声明了产品所具有的业务方法。

核心代码如下：

java 复制代码

public interface AbstractProduct{

    //声明产品的公有方法;

}

**ConcreteProduct：**具体产品角色，它定义具体工厂生产的具体产品对象，实现抽象产品接口中声明的业务方法。

核心代码如下：

java 复制代码

public class ConcreteProduct implements AbstractProduct{

    //实现AbstractProduct中的方法;

}

**AbstractFactory：**抽象工厂角色，它声明了一组用于创建同一产品族的产品的方法，每一个方法对应一种产品。

核心代码如下：

java 复制代码

public interface AbstractFactory{

    public AbstractProductA createProductA();

    public AbstractProductB createProductB();

}

**ConcreteFactory：**具体工厂角色，它实现了在抽象工厂中声明的创建产品的方法，生成一组具体产品，这些产品构成了一个产品族，每一个产品都位于某个产品等级结构中。

核心代码如下：

java 复制代码

public class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory{

    public AbstractProductA createProductA(){

        return new ConcreteProductA1();

    }

    public AbstractProductA createProductB(){

        return new ConcreteProductB1();

    }

}

4.具体实例结构

**OperatingSystem：**抽象产品接口，表示计算机系统，包含具体产品类的公有方法run()，表示系统运行。实例代码如下：

java 复制代码

public interface OperatingSystem {

    public void run();//系统运行

}

**Software：**抽象产品接口，表示计算机软件，包含具体产品类的公有方法download()，表示下载软件。实例代码如下：

java 复制代码

public interface Software {

    public void download();//下载软件

}

**Windows：**具体产品类，实现抽象产品接口OperatingSystem，并实现了run()方法，该方法表示Windows系统正在运行中。实例代码如下：

java 复制代码

class Windows implements OperatingSystem {

    @Override

    public void run() {

        System.out.println("Windows正在运行中");

    }

}

**Linux：**具体产品类，实现抽象产品接口OperatingSystem，并实现了run()方法，该方法表示Linux正在运行中。实例代码如下：

java 复制代码

class Linux implements OperatingSystem {

    @Override

    public void run() {

        System.out.println("Linux正在运行中");

    }

}

**QQSoftware：**具体产品类，实现抽象产品接口Software，并实现了download()方法，该方法表示QQ正在下载。实例代码如下：

java 复制代码

public class QQSoftware implements Software {

    @Override

    public void download(){

        System.out.println("QQ正在下载");

    }

}

**WeChatSoftware：**具体产品类，实现抽象产品接口Software，并实现了download()方法，该方法表示微信正在下载。实例代码如下：

java 复制代码

public class WeChatSoftware implements Software{

    @Override

    public void download(){

        System.out.println("微信正在下载");

    }

}

**SoftwareFactory：**抽象工厂接口，内部声明两个工厂方法，分别返回抽象产品对象OperatingSystem和Software。实例代码如下：

java 复制代码

public interface SoftwareFactory {

    public OperatingSystem createOS();

    public Software createSoftware();

}

**WindowsFactory：**具体工厂类，实现了抽象工厂接口SoftwareFactory，工厂方法分别返回具体产品对象Windows和QQSoftware。实例代码如下：

java 复制代码

public class WindowsFactory implements SoftwareFactory{

    @Override

    public OperatingSystem createOS(){

        return new Windows();

    }

    @Override

    public Software createSoftware(){

        return new QQSoftware();

    }

}

**LinuxFactory：**具体工厂类，实现了抽象工厂接口SoftwareFactory，工厂方法分别返回具体产品对象Linux和WeChatSoftware。实例代码如下：

java 复制代码

public class LinuxFactory implements SoftwareFactory{

    @Override

    public OperatingSystem createOS(){

        return new Linux();

    }

    @Override

    public Software createSoftware(){

        return new WeChatSoftware();

    }

}

该系统软件实例的模式结构图如下：

在main方法中调用工厂类的方法，结果如下：

java 复制代码

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        //在windows系统上下载QQ

        SoftwareFactory windowsFactory = new WindowsFactory();

        OperatingSystem window = windowsFactory.createOS();

        Software QQ = windowsFactory.createSoftware();

        window.run();

        QQ.download();

        //在Linux系统上下载微信

        SoftwareFactory linuxFactory = new LinuxFactory();

        OperatingSystem linux = linuxFactory.createOS();

        Software WeChat = linuxFactory.createSoftware();

        linux.run();

        WeChat.download();

    }

}

可以发现，我们只使用了2个具体工厂类，但是可以创建4个具体产品对象，对比工厂方法模式，使用的类更加少（工厂方法模式要创建4个具体产品对象，需要4个具体工厂类）。但是，如果想要增加新的产品族，只需要增加产品族对应的多个具体产品类和一个具体工厂类即可。如果想要增加新的产品等级结构，就需要修改工厂类的代码，新增生产新产品的工厂方法。这就引出来对抽象工厂模式优缺点的讨论。

5.优缺点

主要优点如下：

(1)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。

(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。

(3)增加新的产品族很方便，无须修改已有系统，符合"开闭原则"。

主要缺点如下 ：

(1)增加新的产品等级结构麻烦，需要对原有系统进行较大的修改，甚至需要修改抽象层代码，这显然会带来较大的不便，违背了"开闭原则"。

注意：在优点中提到抽象工厂模式符合"开闭原则"，在缺点中又说抽象工厂模式违背"开闭原则"，这并不矛盾。这被称为"开闭原则"的倾斜性：即增加新的产品族不需要修改代码，增加新的产品等级结构需要修改代码，"开闭原则"向产品族倾斜。

举个例子：在小米和华为统治的电子产品市场下，现在vivo也想竞争，vivo也研发手机和电脑，因此在原有市场基础下（系统），新增的vivo产品族（vivo品牌的产品构成vivo产品族）并不会影响小米工厂和华为工厂的生产线的修改（生产线相当于生产产品的具体工厂），只需要vivo自己建立工厂，自己生产产品就行，即优点(3)。而现在国家规定，电子产品市场新增一个产品---光刻机，小米、华为和vivo为了抢占市场，给各自工厂增加了生成光刻机的生产线，这对整个市场来说都很麻烦，因为有一笔巨大的研发费用的消耗，即缺点(1)。

6. 适用场景

(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。

(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。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。

(3)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，如同一操作系统下的按钮和文本框，按钮与文本框之间没有直接关系，但它们都是属于某一操作系统的，此时具有一个共同的约束条件:操作系统的类型。

(4)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。

7.抽象工厂模式、工厂方法模式、简单工厂模式的联系

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。