05、设计模式笔记—–抽象工厂模式

原文出处：http://cmsblogs.com/ 『chenssy』

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 }

下图是上面的UML结构图。

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。
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。
4. 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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