软件设计模式系列之二———抽象工厂模式

1 抽象工厂模式的定义

抽象工厂模式是一种创建型设计模式,它提供了一种创建一组相关或相互依赖对象的方式,而无需指定它们的具体类。该模式以一组抽象接口为核心,包括抽象工厂接口和一组抽象产品接口,每个具体工厂类负责创建特定产品家族,保证这些产品之间的兼容性。客户端代码通过与抽象工厂和抽象产品接口交互,可以轻松地切换不同工厂来创建不同系列的产品,从而实现高内聚、低耦合的设计。

2 举例说明

抽象工厂模式可以通过小米和华为这两个公司的例子来解释。

抽象工厂: 在抽象工厂模式中,我们首先定义一个抽象工厂,该工厂有多个方法,每个方法负责创建不同类型的产品,例如手机、电脑、手表等。在这个例子中,我们将创建一个AbstractFactory,其中包含了createPhone、createComputer、createWatch等方法,分别用于创建手机、电脑和手表。

具体工厂: 对于每个制造公司(小米和华为),我们会实现具体的工厂类,这些工厂类继承了抽象工厂并实现了其中的方法。例如,小米工厂类会实现createPhone方法以创建小米手机,createComputer方法以创建小米电脑,createWatch方法以创建小米手表。同样,华为工厂类也会有相应的实现。

抽象产品: 为了确保产品之间的兼容性,我们定义一组抽象产品类,如AbstractPhone、AbstractComputer、AbstractWatch等。每个抽象产品类定义了产品的通用接口,例如,AbstractPhone可以有makeCall方法。

具体产品: 每个具体工厂类都会创建特定品牌的产品,例如,小米工厂会创建小米手机、小米电脑、小米手表等。这些具体产品类实现了抽象产品类的接口,例如,XiaomiPhone类实现了AbstractPhone接口的makeCall方法。

客户端: 最后,客户端代码可以选择使用哪个具体工厂(小米或华为工厂),然后通过工厂创建产品。客户端不需要了解具体的产品如何创建,只需使用抽象工厂接口和抽象产品接口。

3 结构

描述抽象工厂模式的核心组件,包括以下组件。

抽象工厂接口(Abstract Factory): 定义了一组方法,每个方法用于创建某一类对象,通常包括多个产品族的创建方法。

具体工厂类(Concrete Factory): 实现了抽象工厂接口,负责创建具体的产品对象。每个具体工厂类通常对应一个产品族。

抽象产品接口(Abstract Product): 定义了一组方法,用于描述产品的通用行为。

具体产品类(Concrete Product): 实现了抽象产品接口,表示真正的产品对象。每个具体产品类属于某个产品族。

4 实现步骤

定义抽象产品接口(Abstract Product)

首先,定义一组抽象产品接口,每个接口代表一个产品族中的产品。这些接口包括一组方法,描述了产品的通用行为。

定义抽象工厂接口(Abstract Factory)

创建一个抽象工厂接口,其中包含多个用于创建不同产品的抽象方法。这个接口定义了一组产品族的创建方法。

创建具体产品类(Concrete Product)

对于每个产品族,创建具体产品类,实现对应的抽象产品接口。每个具体产品类表示一个具体的产品。

创建具体工厂类(Concrete Factory)

创建具体工厂类,实现抽象工厂接口中的方法。每个具体工厂类负责创建特定产品族的产品。这些工厂类通常与具体产品类一一对应。

客户端使用抽象工厂:

在客户端代码中,不直接实例化具体产品类,而是通过抽象工厂接口来创建产品对象。客户端只需与抽象工厂接口进行交互,不需要关心具体的产品创建细节。

5 代码实现

下面的Java示例演示了如何使用抽象工厂模式创建不同品牌(小米和华为)的手机、电脑和手表。客户端代码可以通过切换工厂对象来创建不同品牌的产品,而不需要了解具体产品的细节。这种方式确保了产品之间的兼容性,同时使代码更加灵活和可扩展。

// 抽象产品类 - 手机

interface AbstractPhone {

String makeCall();

}

// 具体产品类 - 小米手机

class XiaomiPhone implements AbstractPhone {

@Override

public String makeCall() {

return "使用小米手机打电话";

}

}

// 具体产品类 - 华为手机

class HuaweiPhone implements AbstractPhone {

@Override

public String makeCall() {

return "使用华为手机打电话";

}

}

// 抽象产品类 - 电脑

interface AbstractComputer {

String compute();

}

// 具体产品类 - 小米电脑

class XiaomiComputer implements AbstractComputer {

@Override

public String compute() {

return "使用小米电脑进行计算";

}

}

// 具体产品类 - 华为电脑

class HuaweiComputer implements AbstractComputer {

@Override

public String compute() {

return "使用华为电脑进行计算";

}

}

// 抽象产品类 - 手表

interface AbstractWatch {

String showTime();

}

// 具体产品类 - 小米手表

class XiaomiWatch implements AbstractWatch {

@Override

public String showTime() {

return "查看小米手表时间";

}

}

// 具体产品类 - 华为手表

class HuaweiWatch implements AbstractWatch {

@Override

public String showTime() {

return "查看华为手表时间";

}

}

// 抽象工厂类

interface AbstractFactory {

AbstractPhone createPhone();

AbstractComputer createComputer();

AbstractWatch createWatch();

}

// 具体工厂类 - 小米工厂

class XiaomiFactory implements AbstractFactory {

@Override

public AbstractPhone createPhone() {

return new XiaomiPhone();

}

@Override

public AbstractComputer createComputer() {

return new XiaomiComputer();

}

@Override

public AbstractWatch createWatch() {

return new XiaomiWatch();

}

}

// 具体工厂类 - 华为工厂

class HuaweiFactory implements AbstractFactory {

@Override

public AbstractPhone createPhone() {

return new HuaweiPhone();

}

@Override

public AbstractComputer createComputer() {

return new HuaweiComputer();

}

@Override

public AbstractWatch createWatch() {

return new HuaweiWatch();

}

}

// 客户端代码

public class Client {

public static void main(String[] args) {

// 使用小米工厂

AbstractFactory xiaomiFactory = new XiaomiFactory();

AbstractPhone xiaomiPhone = xiaomiFactory.createPhone();

AbstractComputer xiaomiComputer = xiaomiFactory.createComputer();

AbstractWatch xiaomiWatch = xiaomiFactory.createWatch();

System.out.println(xiaomiPhone.makeCall());

System.out.println(xiaomiComputer.compute());

System.out.println(xiaomiWatch.showTime());

// 使用华为工厂

AbstractFactory huaweiFactory = new HuaweiFactory();

AbstractPhone huaweiPhone = huaweiFactory.createPhone();

AbstractComputer huaweiComputer = huaweiFactory.createComputer();

AbstractWatch huaweiWatch = huaweiFactory.createWatch();

System.out.println(huaweiPhone.makeCall());

System.out.println(huaweiComputer.compute());

System.out.println(huaweiWatch.showTime());

}

}

6 典型应用场景

抽象工厂模式在许多典型应用场景中都非常有用,以下是两个具体的应用场景。

6.1 不同数据库的连接和操作

在软件开发中,经常需要与不同类型的数据库系统进行交互,如MySQL、Oracle、SQL Server等。不同数据库系统具有不同的连接和SQL语句执行方式。在这种情况下,抽象工厂模式可以应用如下:

抽象工厂接口: 定义了创建数据库连接对象和SQL语句执行对象的方法。

具体工厂类: 每个具体数据库系统都有自己的工厂类,实现了抽象工厂接口。例如,MySQLFactory、OracleFactory、SQLServerFactory等工厂类。

抽象产品类: 定义了数据库连接对象和SQL语句执行对象的通用接口,如AbstractConnection和AbstractStatement。

具体产品类: 每个具体数据库系统都有自己的产品类,实现了抽象产品接口,例如MySQLConnection、OracleConnection、SQLServerConnection以及对应的SQL语句执行对象。

使用抽象工厂模式,客户端代码可以选择使用特定的工厂,然后使用该工厂创建数据库连接和SQL语句执行对象,而无需关心不同数据库系统的细节差异。

6.2 不同操作系统的图形界面

在跨平台应用程序开发中,需要适应不同操作系统(如Windows、macOS、Linux)的图形用户界面(GUI)。不同操作系统提供不同的窗口、按钮、文本框等UI组件,以及UI交互行为。抽象工厂模式可以应用如下:

抽象工厂接口: 定义了创建不同操作系统下的UI组件的方法,如AbstractWindowFactory、AbstractButtonFactory等。

具体工厂类: 为每个操作系统创建具体工厂类,实现了抽象工厂接口,如WindowsFactory、MacOSFactory、LinuxFactory。

抽象产品类: 定义了不同UI组件的通用接口,如AbstractWindow、AbstractButton等。

具体产品类: 每个具体操作系统都有自己的产品类,实现了抽象产品接口,例如WindowsWindow、MacOSWindow、LinuxWindow,以及对应的按钮等。

使用抽象工厂模式,应用程序可以在运行时选择合适的工厂,以确保在不同操作系统上拥有一致的UI体验,同时不需要关心底层UI组件的创建和差异。

7 优缺点

优点

抽象性和灵活性: 抽象工厂模式封装了对象的创建过程,使客户端代码与具体类解耦。客户端只需要依赖于抽象接口,可以轻松切换不同的产品族,而不影响客户端代码。

一致性保证: 抽象工厂模式确保了一组相关产品的一致性,因为它们由同一个工厂创建。

符合开闭原则: 向系统中添加新的产品族是相对容易的,而不需要修改现有代码,符合开闭原则。

缺点

复杂性增加: 抽象工厂模式引入了多个抽象类和接口,可能增加了系统的复杂性。

不易扩展新产品: 如果需要添加新的产品种类,必须同时扩展抽象工厂接口和所有具体工厂类,这可能导致一定的工作量。

产品族之间的扩展困难: 如果需要扩展现有产品族,可能需要修改多个工厂类,使其支持新的产品。

8类似模式

抽象工厂模式、工厂方法模式和简单工厂模式都是创建型设计模式,用于对象的创建,但它们在解决不同问题和应用场景中有不同的角色和关系。

简单工厂模式: 简单工厂模式是最基本的工厂模式,它通过一个工厂类来创建不同类型的对象,根据传入的参数或条件决定创建哪种具体产品。它适用于创建单一类型的对象,但缺乏扩展性和灵活性。

工厂方法模式: 工厂方法模式引入了多个具体工厂类,每个具体工厂类负责创建一种具体产品,客户端通过与抽象工厂接口交互,选择使用哪个具体工厂来创建对象。这种模式支持多个产品类型的扩展,但需要客户端知道所使用的工厂类。

抽象工厂模式: 抽象工厂模式进一步抽象了工厂方法模式,引入了多个抽象产品家族和多个具体工厂类。它用于创建一组相关的产品对象,确保这些对象之间的一致性和兼容性。客户端代码与具体产品无关,只需与抽象工厂和抽象产品接口交互。

关系总结:抽象工厂模式是工厂方法模式的扩展,而工厂方法模式又是简单工厂模式的扩展。它们的使用场景逐渐从单一对象创建到多个相关对象的创建,从而提供了更多的灵活性和可扩展性。选择哪种模式取决于具体需求和设计目标。

9小结

总之,抽象工厂模式通过提供一个接口来封装对象的创建过程,使得系统更加灵活、可扩展,同时确保了相关对象之间的一致性。这有助于降低代码的耦合度,并促进了面向接口编程的实践

posted @ 2023-09-08 11:54  cooldream2009  阅读(701)  评论(0编辑  收藏  举报