抽象工厂模式

1 界面皮肤库的初始设计

图1 界面皮肤库结构示意图

 

图2 基于工厂方法模式的界面皮肤库初始结构图

 采用工厂模式的话，存在如下问题：

(1) 当需要增加新的皮肤时，虽然不要修改现有代码，但是需要增加大量类，针对每一个新增具体组件都需要增加一个具体工厂，类的个数成对增加，这无疑会导致系统越来越庞大，增加系统的维护成本和运行开销；

(2) 客户端代码和配置文件都较为复杂。

2 产品等级结构与产品族

(1) 产品等级结构：产品等级结构即产品的继承结构，如一个抽象类是电视机，其子类有海尔电视机、海信电视机、TCL电视机，则抽象电视机与具体品牌的电视机之间构成了一个产品等级结构，抽象电视机是父类，而具体品牌的电视机是其子类。
(2) 产品族：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，如海尔电器工厂生产的海尔电视机、海尔电冰箱，海尔电视机位于电视机产品等级结构中，海尔电冰箱位于电冰箱产品等级结构中，海尔电视机、海尔电冰箱构成了一个产品族。

图3  产品族与产品等级结构示意图

 抽象工厂模式与工厂方法模式最大的区别在于，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。抽象工厂模式示意图如图4所示：

图4 抽象工厂模式示意图

 如果使用工厂方法模式，图4所示结构需要提供3个具体工厂，使用抽象工厂模式只需要提供5个具体工厂

3 抽象工厂模式概述

 在抽象工厂模式中，每一个具体工厂都提供了多个工厂方法用于产生多种不同类型的产品，这些产品构成了一个产品族.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5 抽象工厂模式结构图

在抽象工厂模式结构图中包含如下几个角色：

● 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，这些产品构成了一个产品族，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有的业务方法。

● 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。

抽象工厂可以是接口，也可以是抽象类或者具体类，其典型代码如下所示：

abstract class AbstractFactory {  
public abstract AbstractProductA createProductA(); //工厂方法一  
public abstract AbstractProductB createProductB(); //工厂方法二  
……  
}

对于每一个具体工厂类，其典型代码如下所示：

class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {  
    //工厂方法一  
public AbstractProductA createProductA() {  
    return new ConcreteProductA1();  
}  

//工厂方法二  
public AbstractProductB createProductB() {  
    return new ConcreteProductB1();  
}  

……  
}

4 完整解决方案

Sunny公司开发人员使用抽象工厂模式来重构界面皮肤库的设计，其基本结构如图6所示：

图6 界面皮肤库结构图

 在图6中，SkinFactory接口充当抽象工厂，其子类SpringSkinFactory和SummerSkinFactory充当具体工厂，接口Button、TextField和ComboBox充当抽象产品，其子类SpringButton、SpringTextField、SpringComboBox和SummerButton、SummerTextField、SummerComboBox充当具体产品。

完整代码如下所示：

 

//按钮接口：抽象产品  
interface Button {  
    public void display();  
}  

//Spring按钮类：具体产品  
class SpringButton implements Button {  
    public void display() {  
        System.out.println("显示浅绿色按钮。");  
    }  
}  

//Summer按钮类：具体产品  
class SummerButton implements Button {  
    public void display() {  
        System.out.println("显示浅蓝色按钮。");  
    }     
}  

//文本框接口：抽象产品  
interface TextField {  
    public void display();  
}  

//Spring文本框类：具体产品  
class SpringTextField implements TextField {  
    public void display() {  
        System.out.println("显示绿色边框文本框。");  
    }  
}  

//Summer文本框类：具体产品  
class SummerTextField implements TextField {  
    public void display() {  
        System.out.println("显示蓝色边框文本框。");  
    }     
}  

//组合框接口：抽象产品  
interface ComboBox {  
    public void display();  
}  

//Spring组合框类：具体产品  
class SpringComboBox implements ComboBox {  
    public void display() {  
        System.out.println("显示绿色边框组合框。");  
    }  
}  

//Summer组合框类：具体产品  
class SummerComboBox implements ComboBox {  
    public void display() {  
        System.out.println("显示蓝色边框组合框。");  
    }     
}  

//界面皮肤工厂接口：抽象工厂  
interface SkinFactory {  
    public Button createButton();  
    public TextField createTextField();  
    public ComboBox createComboBox();  
}  

//Spring皮肤工厂：具体工厂  
class SpringSkinFactory implements SkinFactory {  
    public Button createButton() {  
        return new SpringButton();  
    }  

    public TextField createTextField() {  
        return new SpringTextField();  
    }  

    public ComboBox createComboBox() {  
        return new SpringComboBox();  
    }  
}  

//Summer皮肤工厂：具体工厂  
class SummerSkinFactory implements SkinFactory {  
    public Button createButton() {  
        return new SummerButton();  
    }  

    public TextField createTextField() {  
        return new SummerTextField();  
    }  

    public ComboBox createComboBox() {  
        return new SummerComboBox();  
    }  
}

为了让系统具备良好的灵活性和可扩展性，我们引入了工具类XMLUtil和配置文件，其中，XMLUtil类的代码如下所示：

import javax.xml.parsers.*;  
import org.w3c.dom.*;  
import org.xml.sax.SAXException;  
import java.io.*;  

public class XMLUtil {  
//该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象  
    public static Object getBean() {  
        try {  
            //创建文档对象  
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();  
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();  
            Document doc;                             
            doc = builder.parse(new File("config.xml"));   

            //获取包含类名的文本节点  
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");  
            Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();  
            String cName=classNode.getNodeValue();  

            //通过类名生成实例对象并将其返回  
            Class c=Class.forName(cName);  
            Object obj=c.newInstance();  
            return obj;  
        }     
        catch(Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
            return null;  
        }  
    }  
}

配置文件config.xml中存储了具体工厂类的类名，代码如下所示：

 

<?xml version="1.0"?>  
<config>  
    <className>SpringSkinFactory</className>  
</config>  
       编写如下客户端测试代码：
[java] view plain copy
class Client {  
    public static void main(String args[]) {  
        //使用抽象层定义  
        SkinFactory factory;  
        Button bt;  
        TextField tf;  
        ComboBox cb;  
        factory = (SkinFactory)XMLUtil.getBean();  
        bt = factory.createButton();  
        tf = factory.createTextField();  
        cb = factory.createComboBox();  
        bt.display();  
        tf.display();  
        cb.display();  
    }  
}

编译并运行程序，输出结果如下：

显示浅绿色按钮。
显示绿色边框文本框。
显示绿色边框组合框。

 抽象工厂模式最大的缺点：在抽象工厂模式中，增加新的产品族很方便，但是增加新的产品等级结构很麻烦

 

练习
Sunny软件公司欲推出一款新的手机游戏软件，该软件能够支持Symbian、Android和Windows Mobile等多个智能手机操作系统平台，针对不同的手机操作系统，该游戏软件提供了不同的游戏操作控制(OperationController)类和游戏界面控制(InterfaceController)类，并提供相应的工厂类来封装这些类的初始化过程。软件要求具有较好的扩展性以支持新的操作系统平台，为了满足上述需求，试采用抽象工厂模式对其进行设计。
答：分清产品等级结构和产品族。产品等级结构是：OC(OperationController)和IC(InterfaceController)。产品族是不同的操作系统：Symbian、Android、Windows Mobile。