Java设计模式-创建型模式-抽象工厂模式

此系列文章为清华大学出版社出版刘伟编著《Java设计模式》的学习笔记。

1 概述

抽象工厂模式又成为工具（Kit）模式，它是一种对象创建型模式。

1.1 抽象工厂模式概念

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

1.2 抽象工厂模式与工厂方法模式的区别

抽象工厂模式是所有形式的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形式。抽象工厂模式与工厂方法模式的最大区别在于，工厂方法模式针对的是一个产品等级结构，而抽象工厂模式需要面对多个产品等级结构，一个工厂等级结构可以负责多个不同产品等级结构中的产品对象的创建。当一个工厂等级结构可以创建出分属于不同产品等级结构的一个产品族中的所有对象时，抽象工厂模式比工厂方法模式更为简单、更有效率。

2 结构与实现

2.1 抽象工厂模式结构

抽象工厂模式包含4个角色：

AbstractFactory(抽象工厂)：它声明了一组用于创建一族产品的方法，每一个方法对应一种产品。
ConcreteFactory(具体工厂)：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，这些产品构成一个产品族，每一个产品都位于某个产品等级结构中。
AbstractProduct(抽象产品)：它为每种产品声明接口，在抽象产品中声明了产品所具备的业务方法。
ConcreteProduct(具体产品)：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。

2.2 抽象工厂模式举例

一、背景介绍

某软件公司要开发一套界面皮肤库，可以基于Java的桌面软件进行界面美化。用户在使用时可以通过菜单来选择皮肤，不同的皮肤将提供不同的组件视觉效果。组件包括按钮（Button）、文本框（TextField）、组合框（ComboBox）等界面元素，皮肤分为春天系皮肤和夏天系皮肤。要求该皮肤库具备良好的灵活性和可扩展性，用户可以自由选择不同的皮肤，开发人员可以在不修改既有代码的基础上增加新的皮肤，请使用抽象工厂模式来设计。

二、项目结构

抽象工厂模式结构.png

三、抽象产品

我们需要生产皮肤包括的组件有按钮（Button）、文本框（TextField）、组合框（ComboBox）。即使皮肤系列不同，它们提供的功能类型是一致的，只是视觉上不同，对功能的实现不同。所以有三个抽象接口Button、TextField、ComboBox。

public interface Button {
    public void display();
}

public interface TextField {
    public void display();
}

public interface ComboBox {
    public void display();
}

四、抽象工厂

我们面向接口编程，抽象工厂中创建的对象是抽象的对象。

public interface SkinFactory {
    public Button createButton();
    public TextField createTextField();
    public ComboBox createComboBox();
}

五、具体产品

春天系皮肤组件

public class SpringButton implements Button {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("春天系皮肤【按钮】");
    }
}

public class SpringTextField implements TextField {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("春天系皮肤【文本框】");
    }
}

public class SpringComboBox implements ComboBox {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("春天系皮肤【组合框】");
    }
}

夏天系皮肤组件

public class SummerButton implements Button {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("夏天系皮肤【按钮】");
    }
}

public class SummerTextField implements TextField {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("夏天系皮肤【文本框】");
    }
}

public class SummerComboBox implements ComboBox {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("夏天系皮肤【组合框】");
    }
}

六、具体工厂

春天皮肤工厂

public class SpringSkinFactory implements SkinFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new SpringButton();
    }
    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new SpringTextField();
    }
    @Override
    public ComboBox createComboBox() {
        return new SpringComboBox();
    }
}

夏天皮肤工厂

public class SummerSkinFactory implements SkinFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new SummerButton();
    }
    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new SummerTextField();
    }
    @Override
    public ComboBox createComboBox() {
        return new SummerComboBox();
    }
}

七、XML确定皮肤类型

编写config.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<config>
    <className>CreationalPattern.AbstractFactoryPattern.ConcreteFactory.SpringSkinFactory</className>
    <!--<className>CreationalPattern.AbstractFactoryPattern.ConcreteFactory.SummerSkinFactory</className>-->
</config>

八、编写XMLUtil

import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;

public class XMLUtil {
    public static Object getBean(){
        try {
            //todo:创建 DOM 文档对象
            DocumentBuilderFactory documentBuilderFactory= DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder documentBuilder = documentBuilderFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = documentBuilder.parse("src\\CreationalPattern\\AbstractFactoryPattern\\config.xml");
            //todo:获取包含类名的文本节点
            NodeList nodeList = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nodeList.item(0).getFirstChild();
            String cName = classNode.getNodeValue();
            //todo:通过类名生成实例对象并将其返回
            Class clz = Class.forName(cName);
            Object obj = clz.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

九、测试Client

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //todo:抽象层定义
        SkinFactory skinFactory;
        Button button;
        TextField textField;
        ComboBox comboBox;
        skinFactory = (SkinFactory) XMLUtil.getBean();
        //todo:开始生产
        button = skinFactory.createButton();
        textField = skinFactory.createTextField();
        comboBox = skinFactory.createComboBox();
        //todo:检验生产结果
        button.display();
        textField.display();
        comboBox.display();
    }
}

十、打印结果

当config.xml中的className节点值为CreationalPattern.AbstractFactoryPattern.ConcreteFactory.SpringSkinFactory时，抽象工厂类的实现类为SpringFactory，生产的组件检验结果如下：

春天系工厂生产组件检验.png

当config.xml中的className节点值为CreationalPattern.AbstractFactoryPattern.ConcreteFactory.SummerSkinFactory时，抽象工厂类的实现类为SummerFactory，生产的组件检验结果如下：

夏天系工厂生产组件检验.png

3 总结

3.1 实现过程梳理

在测试的main()方法中，首先定义了所有的顶级抽象对象，抽象的skinFactory、抽象的button、抽象的textField、抽象的comboBox。然后，我们通过读取静态的XML文件，获取具体工厂的实现，是春天系皮肤工厂或是夏天系皮肤工厂，这里的XML文件仅仅是提供类名的一个作用，完全可以用字符串直接完成。具体的工厂生产的是具体的组件，调用他们的方法，将产生不同的效果。

3.2 抽象工厂模式优点

抽象工厂模式隔离了具体类的生成，使得客户端并不需要知道什么被创建。由于这种隔离，更换一个具体工厂变得容易，所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的接口方法，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细节。
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。
增加新的产品族很方便，无需修改已有系统，符合开闭原则。

3.3 抽象工厂模式的缺点

抽象工厂模式的缺点是：增加新的产品结构很麻烦，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，违背了开闭原则。

3.4 抽象工厂模式使用场景

一个系统不应该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，用户无需关心对象的创建过程，将对象的创建和使用解耦。
系统中有多于一个的产品族，而每次只使用其中某一个产品族。可以通过配置文件等方式来使用户能够动态改变产品族，也可以很方便地增加新的产品族。
属于同一个产品族地产品将在一起使用，这一约束必须在系统地设计中体现出来。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，如同易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，及操作系统的类型。
产品等级结构稳定，在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经有的产品等级结构。

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