设计模式-抽象工厂模式

抽象工厂模式

原文链接：Abstract Factory Pattern Tutorial With Java Examples

工厂模式包括简单工厂模式，工厂方法模式以及抽象工厂模式，本篇主要介绍抽象工厂模式。

现实世界中的工厂

考虑现实世界的工厂非常简单-工厂即为生产汽车、电脑或者电视等物品的地方。维基百科关于现实世界中的工厂的定义如下：

工厂又称制造厂，是一所用以生产货物的大型工业楼宇。大部分工厂皆设有大型机器或设备构成的生产线。

工厂的定义很简单，那么设计模式中的工厂如何工作呢？

抽象工厂模式

抽象工厂模式是建造者模式的一种-该模式使得具体对象的创建与客户程序解耦。我们先看一下抽象工厂模式的类图：

abstract factory pattern

虽然抽象工厂模式的概念比较简单，但还是有必要研究一下上述类图。我特意将ConcreteFactory2负责的部分标红了。AbstractFactory定义了所有具体工厂需要实现的接口，具体工厂只有实现了该接口才能够生产Products。ConcreteFactory1和ConcreteFactory1均实现了该接口，这两座工厂分别用于生产不同的产品族。

这里以袜子为例顺便解释一下我对产品族的理解：比如ConcreteFactory1为玉珠集团，ConcreteFactory1为杨氏集团，玉珠袜业生产玉珠短袜以及玉珠手套，而杨氏集团生产杨氏短袜和杨氏手套。这里玉珠短袜、玉珠手套以及杨氏短袜、杨氏手套分别由不同的工厂生产，即为不同的产品族。

接着讨论抽象工厂模式。AbstractProductA和AbstractProductB分别是不同大类的产品的接口，这里我想用大类这个名词来区分短袜和手套这两种不同的产品。每个具体工厂都会生产这两大类产品，只不过每个工厂都会生产大类下面的具体产品。

Client仅针对AbstractFactory、AbstractProductA和AbstractProductB编程，而对任何具体类型透明。Client真正使用的具体工厂在运行时确定，这点会在后面的Java程序实现中体现出来。正如你所看到的，这个模式的一个优点就是Client是与具体Product解耦的。如果想要添加一个新的产品族，则需要添加一个实现了AbstractFactory接口的ConcreteFactory，同时还需要创建与该具体工厂对应的具体产品。

从Client的角度来看，我仅针对接口编程，因此可以保证自身代码不依赖于具体类型，与具体类型解耦。

抽象工厂模式用在哪里？

如果你的系统中需要创建不同的产品族，则可以使用抽象工厂模式。比如你想让你的UI家族（windows, buttons, textfields等等）支持不同的操作系统（跨平台），那么使用抽象工厂模式可以使你的客户端代码与具体的平台解耦。现在我们使用Java程序实现一个生成window的例子：

首先创建Window接口，这里Window是一种AbstractProduct：

// Our AbstractProductA
public interface Window {
  public void setTitle(String text);
  public void repaint();
}

接着创建Window的两种不同的具体实现，作为ConcreteProduct：

// ProductA1 微软Windows系统的窗口部件
public class MSWindow implements Window {
  public void setTitle() {
    // MS Windows specific behaviour
  }
  public void repaint() {
    // MS Windows specific behaviour
  } 
}

// ProductA2 苹果OSX系统的窗口部件
public class MacOSXWindow implements Window {
  public void setTitle() {
    // Mac OSX specific behaviour
  }
  public void repaint() {
    // Mac OSX specific behaviour
  }
}

现在我们来实现工厂。首先定义AbstractFactory，这里我们仅要求工厂能够生产window(窗口)，当然也可以生成其他大类的东西，不过我们简化处理：

// AbstractFactory
public class AbstractWidgetFactory {
  public Window createWindow();
  // ... of course we can create other types
}

接着我们针对微软和苹果两个操作系统实现两座具体工厂：

// ConcreteFactory1
public class MSWindowsWidgetFactory {
  public Window createWindow() {
    MSWindow window = new MSWindow();
    return window;
  }
}

// ConcreteFactory2
public class MacOSXWidgetFactory {
  public Window createWindow() {
    MacOSXWindow window = new MacOSXWindow();
    return window;
  }
}

最后我们针对接口编程，实现Client程序：

// Client
public class GUIBuilder {
  public void buildWindow(AbstractWidgetFactory widgetFactory) {
    Window window = widgetFactory.createWindow();
    window.setTitle("New Window");
  }
}

Client真正使用的具体工厂在运行时确定：

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    GUIBuilder builder = new GUIBuilder();
    AbstractWidgetFactory widgetFactory = null;
    // check what platform we're on
    if (Platform.currentPlatform() == "MACOSX") {
      widgetFactory = new MacOSXWidgetFactory();
    }
    else {
      widgetFactory = new MSWindowWidgetFactory();
    }
    builder.buildWindow(widgetFactory);
  }
}

这里给出本实现的抽象工厂模式的类图：

abstract_factory_pattern_java

抽象工厂模式的缺点

该模式将Client和具体实现解耦是其核心优点，但是有时候需要在抽象类（AbstractFactory, AbstractProduct）中新增属性，这样修改抽象类和Client代码不可避免。