浅析设计模式（六）——创建型模式之Abstract-Factory(抽象工厂模式)

抽象工厂模式Abstract-Factory

本文的套路：

抽象工厂模式的定义
抽象工厂模式的参与者及其角色
抽象工厂模式的类图
抽象工厂模式的示例
参考

抽象工厂模式的定义

　　提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。

　　前面【浅析设计模式（四）——创建型模式之Simple-Factory(简单工厂方法，非设计模式)】中介绍的简单工厂方法，虽然已经对变化的部分进行了封装，但是这里只由一个对象负责所有的具体类的实例化，因此每次有新增对象类型时，都需要改变工厂的源码进行扩展。而【浅析设计模式（五）——创建型模式之Factory-Method(工厂方法模式)】中介绍的工厂方法模式，则对简单工厂方法进行了最直接的封装和抽象，把创建对象的具体操作进行了分离，便于扩展和维护。这两种做法都是用于创建单类对象。

　　从某种角度来看，抽象工厂模式也是类似的，都是把创建对象的动作进行了封装。但是抽象工厂模式意在创建相关或依赖对象的家族。从抽象工厂模式的实现来看，它通过组合委托给具体的工厂来实现，对象的创建被实现在工厂接口所暴露出来的方法中，通常用于创建产品家族或者相关集合。而这些工厂通常使用工厂方法来实现具体的产品创建。做个最简化，如果抽象工厂也只是创建一类产品，而不考虑后续的扩展之类的，是可以直接用工厂方法来实现的。

　　这里有必要对“相关或依赖对象的家族”做一个简单地说明，举个栗子，假如要创建的对象是台电脑，那么像键盘、鼠标、显示器、主机等等，就可以看成是“相关或依赖对象的家族”。下面要举的栗子也是类似的，也还是拿Pizza的例子，Pizza有各种原料，这里从简，之举出Cheese奶酪、Veggies蔬菜、Clams蛤等原料进行说明，这里的创建对象，实际上是创建了包含各类原料的Pizza，也即就是提到的“相关或依赖对象的家族”。

抽象工厂模式的参与者及其角色

1. AbstractFactory

声明一个创建抽象产品对象的操作接口

2. ConcreteFactory

实现创建具体产品对象的操作

3. AbstractProduct

为一类产品对象声明一个接口

4. ConcreteProduct

定义一个将被相应的具体工厂创建的产品对象
实现AbstractProduct接口

5. Client

仅使用由AbstractFactory和AbstractProduct类声明的接口。

抽象工厂模式的类图

抽象工厂模式的示例

1. AbstractFactory：声明一个创建抽象产品对象的操作接口，用于创建相关或依赖对象的家族。

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public interface PizzaIngredientFactory {
 8     public Cheese createCheese();
 9     public Veggies[] createVeggies();
10     public Clams createClam();
11 }

2. ConcreteFactory：实现创建具体产品对象的操作，这里就是最简单的直接创建对象，

例1：

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public class NYPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory{
 8     
 9     @Override
10     public Veggies[] createVeggies() {
11         Veggies veggies[] = { new Garlic(), new Onion(), new Mushroom()};
12         return veggies;
13     }
14 
15     @Override
16     public Clams createClam() {
17         return new FreshClams();
18     }
19 
20     @Override
21     public Cheese createCheese() {
22         return new ReggianoCheese();
23     }
24 }

例2

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public class ChicagoPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory{
 8     
 9     @Override
10     public Cheese createCheese() {
11         return new MozzarellaCheese();
12     }
13     @Override
14     public Veggies[] createVeggies() {
15         Veggies veggies[] = { new Onion(), new Garlic()};
16         return veggies;
17     }
18     @Override
19     public Clams createClam() {
20         return new FrozenClams();
21     }
22 }

从这里可以看出，上面的具体工厂其实就是工厂方法的简化，不带任何判断就直接创建了具体的对象。当然也是可以像前面提到的工厂方法模式一样，带参数，然后根据参数进行具体对象的创建。

3. AbstractProduct：为一类产品对象声明一个接口，以上创建的“相关或依赖对象的家族”其实就是这里需要用到的。

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public abstract class Pizza {
 8     String name;
 9 
10     Veggies veggies[];
11     Cheese cheese;
12     Clams clam;
13 
14     abstract void prepare();
15 
16     void bake() {
17         System.out.println("Bake for 25 minutes at 350");
18     }
19 
20     void cut() {
21         System.out.println("Cutting the pizza into diagonal slices");
22     }
23 
24     void box() {
25         System.out.println("Place pizza in official PizzaStore box");
26     }
27 
28     void setName(String name) {
29         this.name = name;
30     }
31 
32     String getName() {
33         return name;
34     }
35 
36     public String toString() {
37         StringBuffer result = new StringBuffer();
38         result.append("---- " + name + " ----\n");
39         
40         if (cheese != null) {
41             result.append(cheese);
42             result.append("\n");
43         }
44         if (veggies != null) {
45             for (int i = 0; i < veggies.length; i++) {
46                 result.append(veggies[i]);
47                 if (i < veggies.length-1) {
48                     result.append(", ");
49                 }
50             }
51             result.append("\n");
52         }
53         if (clam != null) {
54             result.append(clam);
55             result.append("\n");
56         }
57         return result.toString();
58     }
59 }

4. ConcreteProduct：实现AbstractProduct接口，定义一个将被相应的具体工厂创建的产品对象。

这里简单地举个栗子即可，可以看到，这里组合使用了创建对象的工厂，然后根据需要由工厂创建具体的对象。

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public class VeggiePizza extends Pizza{
 8     PizzaIngredientFactory ingredientFactory;
 9     
10     public VeggiePizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory) {
11         this.ingredientFactory = ingredientFactory;
12     }
13  
14     @Override
15     void prepare() {
16         System.out.println("Preparing " + name);
17         cheese = ingredientFactory.createCheese();
18         veggies = ingredientFactory.createVeggies();
19     }
20 }

类似的

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public class ClamPizza extends Pizza{
 8     PizzaIngredientFactory ingredientFactory;
 9      
10     public ClamPizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory) {
11         this.ingredientFactory = ingredientFactory;
12     }
13  
14     void prepare() {
15         System.out.println("Preparing " + name);
16         cheese = ingredientFactory.createCheese();
17         clam = ingredientFactory.createClam();
18     }
19 }

5. Client：仅使用由AbstractFactory和AbstractProduct类声明的接口。

　　这里的例子曲折了点，不过也可以大概说明要表达的意思。获取到具体Pizza的流程如下：

首先创建一个纽约披萨店，即PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore();
通过披萨店下订单，即Pizza pizza = nyStore.orderPizza("cheese");
orderPizza("cheese")首先调用Pizza pizza = createPizza("cheese");
createPizza("cheese")中就涉及到了具体的工厂类，pizza = new CheesePizza(ingredientFactory);
接下来就是具体的准备Pizza了，调用pizza.prepare()时，便是由工厂具体地创建所有对象家族了。如下

1 void prepare() {
2     System.out.println("Preparing " + name);
3     cheese = ingredientFactory.createCheese();
4     //...其他的原料产品，如Veggies、Clams等，可能只需要一个，也可能全部都要。这里略去
5 }

顺着这个思路走：

PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore()　　→

　　　　Pizza pizza = nyStore.orderPizza("cheese")　　→

　　　　　　　　Pizza pizza = createPizza("cheese")　　→

　　　　　　　　　　　　pizza = new CheesePizza(ingredientFactory)　　→

　　　　　　　　　　　　　　　　pizza.prepare()　　→

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ingredientFactory创建具体的产品。。。

测试用的主类和主函数：

 1 /**
 2  * This is the test-main.
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public class PizzaTestApp {
 8     public static void main(String[] args) {
 9         PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore();
10         PizzaStore chicagoStore = new ChicagoPizzaStore();
11  
12         Pizza pizza = nyStore.orderPizza("cheese");
13         System.out.println("Ethan ordered a " + pizza + "\n");
14  
15         pizza = chicagoStore.orderPizza("cheese");
16         System.out.println("Joel ordered a " + pizza + "\n");
17 
18         pizza = nyStore.orderPizza("clam");
19         System.out.println("Ethan ordered a " + pizza + "\n");
20  
21         pizza = chicagoStore.orderPizza("clam");
22         System.out.println("Joel ordered a " + pizza + "\n");
23 
24 
25         pizza = nyStore.orderPizza("veggie");
26         System.out.println("Ethan ordered a " + pizza + "\n");
27  
28         pizza = chicagoStore.orderPizza("veggie");
29         System.out.println("Joel ordered a " + pizza + "\n");
30     }
31 }

抽象类PizzaStore

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public abstract class PizzaStore {
 8     protected abstract Pizza createPizza(String item);
 9      
10     public Pizza orderPizza(String type) {
11         Pizza pizza = createPizza(type);
12         System.out.println("--- Making a " + pizza.getName() + " ---");
13         pizza.prepare();
14         pizza.bake();
15         pizza.cut();
16         pizza.box();
17         return pizza;
18     }
19 }

继承抽象类PizzaStore的具体实现类NYPizzaStore。

 1 /**
 2  * 
 3  * <p>
 4  * Reference : Head-First-Design-Patterns
 5  *
 6  */
 7 public class NYPizzaStore extends PizzaStore{
 8     protected Pizza createPizza(String item) {
 9         Pizza pizza = null;
10         PizzaIngredientFactory ingredientFactory = 
11             new NYPizzaIngredientFactory();
12  
13         if (item.equals("cheese")) {
14   
15             pizza = new CheesePizza(ingredientFactory);
16             pizza.setName("New York Style Cheese Pizza");
17   
18         } else if (item.equals("veggie")) {
19  
20             pizza = new VeggiePizza(ingredientFactory);
21             pizza.setName("New York Style Veggie Pizza");
22  
23         } else if (item.equals("clam")) {
24  
25             pizza = new ClamPizza(ingredientFactory);
26             pizza.setName("New York Style Clam Pizza");
27  
28         }
29         return pizza;
30     }
31 }

简单地总结，就是使用组合工厂类创建了包含一系列相关对象的具体产品对象。

参考

1、参考《Head First设计模式》和GoF《设计模式：可复用面向对象软件的基础》

2、代码可参考【github传送门】、UML类图参考【github传送门】