java設計模式-抽象工廠模式

抽象工廠模式詳解

 一，概述

　　抽象工廠模式為一個產品家族提供了統一的創建介面。當需要這個產品家族的某一系列的時候，可以從抽象工廠中選出相對應的系列來創建一個具體的工廠類別。這種類型的設計模式屬於創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。

　　在抽象工廠模式中，介面是負責創建一個相關對象的工廠，不需要顯式指定它們的類。每個生成的工廠都能按照工廠模式提供對象。

　　相關術語：

  • 產品等級結構：產品的繼承結構，與類的繼承相似。例如筆記型電腦是一個抽象的類，那麼華為筆記型電腦、蘋果和聯想筆記型電腦就是其子類。

  • 產品族：指同一個工廠生產的，位於不同的產品等級結構的一組產品。例如華為筆記型電腦、手機、路由器等都產自華為，筆記型電腦的等級結構不同，構成一個產品族。

  • 抽象工廠：是一個介面，抽象工廠模式的核心，包含對多個產品等級結構的聲明，任何工廠類都必須實現這個介面。

  • 具體工廠：是抽象工廠的實現，負責實例化某個產品族中的產品對象。例如華為工廠生產華為筆記型電腦、手機、路由器等。

二，產品族和產品等級結構圖

　　我們以一個品牌為一個產品族，電腦、手機、路由器為產品等級，每一個品牌都有自己的產品族，這就構成一個完整產品群；

　　橫向代表一族，縱向代表一個等級，橫縱交集代表某一個品牌的某一個產品（比如下圖中交集的點為電腦），請看下圖；

　　

 三，UML圖

　　這個類圖其實比較簡單，簡單說明下：

　　產品頂級介面：主要被產品抽象類實現；

　　產品抽象類：某個具體產品要實現的類；

　　具體實現類：具體產品實現，比如華為路由器實現自抽象類AbstractRouter；

　　工廠介面：工廠介面中定義創建每個產品方法；

　　具體華為工廠：實現工廠介面，創建華為一族產品（路由器、手機、電腦）；

　　

 四，具體程式碼實現

　　程式碼中我們以華為產品為例，分別定義華為電腦、手機、路由器產品，從UML類圖中可以看出我們的產品結構層級比較清晰，現在我們先設計我們產品。

　　下面開始定義產品；

　　產品頂級介面；

package pattern.abstractfactory.product;
/**
 * 定義產品介面
 * @author ningbeibei
 */
public interface InterfaceProduct {
    void get();
}

　　定義電腦抽象類並實現產品InterfaceProduct 介面；

package pattern.abstractfactory.product;
/**
 * 定義電腦產品抽象類，並實現產品介面InterfaceProduct
 * @author ningbeibei
 */
public abstract class AbstractComputers implements InterfaceProduct {
    public abstract void get();
}

　　定義手機抽象類並實現產品InterfaceProduct 介面；

package pattern.abstractfactory.product;
/**
 * 定義手機抽象類，並實現產品介面InterfaceProduct
 * @author ningbeibei
 */
public abstract class AbstractPhone  implements InterfaceProduct {
    public abstract void get();
}

　　定義路由器抽象類並實現產品InterfaceProduct 介面；

package pattern.abstractfactory.product;
/**
 * 定義路由器產品抽象類，並實現InterfaceProduct介面
 * @author ningbeibei
 */
public abstract class AbstractRouter implements InterfaceProduct{
    public abstract void get();
}

　　定義華為電腦具體實現類，繼承AbstractComputers抽象類；

package pattern.abstractfactory.product;
/**
  * 華為電腦實現類
 * @author ningbeibei
 */
public class HuaWeiComputer extends AbstractComputers{
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("華為筆記型電腦");
    }
}

　　定義華為手機具體實現類，繼承AbstractPhone抽象類；

package pattern.abstractfactory.product;
/**
  *  華為手機實現類，
 * @author ningbeibei
 */
public class HuaWeiPhone extends AbstractPhone{
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("華為手機");
    }
}

　　定義華為路由器具體實現類，繼承AbstractRouter抽象類；

package pattern.abstractfactory.product;
/**
 * 華為路由器
 * @author ningbeibei
 */
public class HuaWeiRouter extends AbstractRouter {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("華為品牌路由器");
    }
}

　　下面開始定義工廠；

　　定義工廠介面；

package pattern.abstractfactory.factory;
import pattern.abstractfactory.product.InterfaceProduct;
/**
 * 定義產品工廠介面,
 * @author ningbeibei
 */
public interface InterfactFactory {
    //手機產品
    InterfaceProduct createPhone();
    //電腦產品
    InterfaceProduct createComputer();
    //路由器產品
    InterfaceProduct createRouter();
}

　　具體工廠實現類，實現 InterfactFactory  介面；

package pattern.abstractfactory.factory;
import pattern.abstractfactory.product.HuaWeiComputer;
import pattern.abstractfactory.product.HuaWeiPhone;
import pattern.abstractfactory.product.HuaWeiRouter;
import pattern.abstractfactory.product.InterfaceProduct;
/**
 * 華為工廠
 * @author ningbeibei
 */
public class HuaWeiFactory implements InterfactFactory {
    /**
     * 創建電腦對象並返回
     */
    @Override
    public InterfaceProduct createComputer() {
        return new HuaWeiComputer();
    }
    /**
     * 創建手機對象並返回
     */
    @Override
    public InterfaceProduct createPhone() {
        return new HuaWeiPhone();
    }
    /**
     * 創建路由器對象並返回
     */
    @Override
    public InterfaceProduct createRouter() {
        return new HuaWeiRouter();
    }
}

　　測試類；

package pattern.abstractfactory;
import pattern.abstractfactory.factory.HuaWeiFactory;
import pattern.abstractfactory.factory.InterfactFactory;
import pattern.abstractfactory.product.InterfaceProduct;
/**
 * 抽象工廠模式測試類
 * @author ningbeibei
 */
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        //創建華為品牌工廠
        InterfactFactory huawei = new HuaWeiFactory();
        //通過華為工廠獲取華為電腦對象
        InterfaceProduct computer = huawei.createComputer();
        computer.get();
        //通過華為工廠獲取華為手機對象
        InterfaceProduct phone = huawei.createPhone();
        phone.get();
        //通過華為工廠獲取華為路由器對象
        InterfaceProduct router = huawei.createRouter();
        router.get();
    }
}

　　運行結果；

五，抽象工廠方法模式如何擴展產品族

　　抽象工廠模式對於橫向擴展方便，對於縱向擴展非常困難，也就是說：假如我們要擴展一個新的品牌，比如擴展一個小米品牌，小米產品有電腦、手機、路由器，擴展新品牌就是橫向擴展，非常方便，但是我們要給小米添加一個電飯煲產品卻非常困難，這就是縱向擴展，所以在使用抽象工廠模式時一定要選擇合適的場景，也就是在不同場景中使用最適合的模式才是設計模式的精髓。

　　下面我們就來橫向擴展一個新品牌的產品族，需要添加電腦、手機、路由器具體類（小米品牌）程式碼如下；

　　小米電腦

package pattern.abstractfactory.product;
/**
 * 小米電腦，繼承自 AbstractComputers 抽象類
 * @author ningbeibei
 */
public class MiComputer extends AbstractComputers {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("小米電腦");
    }
}

　　小米手機

package pattern.abstractfactory.product;
/**
 * 小米手機，繼承自 AbstractPhone 抽象類
 * @author ningbeibei
 */
public class MiPhone extends AbstractPhone {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("小米手機");
    }
}

　　小米路由器

package pattern.abstractfactory.product;
/**
  * 小米路由器，繼承自 AbstractRouter 抽象類
 * @author ningbeibei
 */
public class MiRouter extends AbstractRouter{
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("小米路由器");
    }
}

　　添加小米具體工廠類

package pattern.abstractfactory.factory;
import pattern.abstractfactory.product.InterfaceProduct;
import pattern.abstractfactory.product.MiComputer;
import pattern.abstractfactory.product.MiPhone;
import pattern.abstractfactory.product.MiRouter;
/**
 * 小米工廠，實現 InterfactFactory 介面
 * @author ningbeibei
 */
public class MiFactory implements InterfactFactory{
    //小米手機
    @Override
    public InterfaceProduct createPhone() {
        return new MiPhone();
    }
    //小米電腦
    @Override
    public InterfaceProduct createComputer() {
        return new MiComputer();
    }
    //小米路由器
    @Override
    public InterfaceProduct createRouter() {
        return new MiRouter();
    }
}

　　最後編寫測試類，程式碼中紅色字體為新擴展的品牌產品；

package pattern.abstractfactory;
import pattern.abstractfactory.factory.HuaWeiFactory;
import pattern.abstractfactory.factory.InterfactFactory;
import pattern.abstractfactory.factory.MiFactory;
import pattern.abstractfactory.product.InterfaceProduct;
/**
 * 抽象工廠模式測試類
 * @author ningbeibei
 */
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建華為品牌工廠
        InterfactFactory huawei = new HuaWeiFactory();
        // 通過華為工廠獲取華為電腦對象
        InterfaceProduct computer = huawei.createComputer();
        computer.get();
        // 通過華為工廠獲取華為手機對象
        InterfaceProduct phone = huawei.createPhone();
        phone.get();
        // 通過華為工廠獲取華為路由器對象
        InterfaceProduct router = huawei.createRouter();
        router.get();

        // 創建小米品牌工廠
        InterfactFactory Mifactory = new MiFactory();
        // 通過小米工廠獲取小米電腦對象
        InterfaceProduct micomputer = Mifactory.createComputer();
        micomputer.get();
        // 通過小米工廠獲取小米手機對象
        InterfaceProduct miphone = Mifactory.createPhone();
        miphone.get();
        // 通過小米工廠獲取小米路由器對象
        InterfaceProduct mirouter = Mifactory.createRouter();
        mirouter.get();
    }
}

　　運行結果：

 

　　注意：通過上面的品牌擴展我們發現，橫向擴展容易，縱向擴展非常困難，程式碼可以非常方便的擴展一個品牌已有的產品，但要擴展一個未定義的產品卻異常困難，比如要擴展一個華為平板，需要修改工廠邏輯程式碼，新增產品結構，這顯然不符合設計模式開閉原則，所以在使用時一定要考慮清楚，確定不在有新的產品等級擴展。

六，優點和缺點及使用場景

優點

  • 抽象工廠模式隔離了具體類的生成， 使得客戶並不需要知道什麼被創建。 由於這種隔離，更換一個具體工廠就變得相對容易， 所有的具體工廠都實現了抽象工廠中定義的那些公共介面， 因此只需改變具體工廠的實例， 就可以在某種程度上改變整個軟體系統的行為。

  • 當一個族中的多個對象被設計成一起工作時， 它能夠保證客戶端始終只使用同一個族中的對象。

  • 增加新的族很方便， 無須修改已有系統， 符合「開閉原則」。

缺點

  • 增加新的等級結構麻煩， 需要對原有系統進行較大的修改， 甚至需要修改抽象層程式碼，這顯然會帶來較大的不便， 違背了「開閉原則」。

使用場景

  • 一個系統不應當依賴於具體類實例如何被創建、 組合和表達的細節， 這對於所有類型的工廠模式都是很重要的， 用戶無須關心對象的創建過程， 將對象的創建和使用解耦。

  • 系統中有多於一個的族， 而每次只使用其中某一族。 可以通過配置文件等方式來使得用戶可以動態改變族， 也可以很方便地增加新的族。

  • 等級結構穩定， 設計完成之後， 不會向系統中增加新的等級結構或者刪除已有的等級結構。

 七，寫的不足之處還望批評指正

　　寫的不足之處請在評論區指出，便於我及時更正錯誤，避免給讀者帶來誤解，希望大家多多提意見。

 

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