抽象工厂模式
9.1 女娲的失误
我们在上一章节讲了女娲造人的故事。人是造出来了，世界也热闹了，可是低头一看，都是清一色的类型，缺少关爱、仇恨、喜怒哀乐等情绪，人类的生命太平淡 了，女娲一想，猛然一拍脑袋，哇K！忘记给人类定义性别了，那怎么办？抹掉重来，于是人类经过一次大洗礼，所有的人种都消灭掉了，世界又是空无一物，寂静 而又寂寞。
由于女娲之前的准备工作花费了非常大的精力，比如准备黄土，准备八卦炉等，从头开始建立所有的事物也是不可能的，那就想在现有的条件下重新造人，尽可能旧 物利用嘛。先说人种（Product产品类）应该怎么改造呢？怎么才能让人类有爱有恨呢？是神仙当然办法的了，定义互斥的性别，然后在每个个体中埋下一颗 种子：异性相吸，成熟后就一定会去找个异性（这就是我们说的爱情原动力）。从设计角度来看，一个具体的对象通过两个坐标就可以确定：肤色和性别，如图 9-1所示。
图9-1 肤色性别坐标图
产品类分析完毕了，生产的工厂类该（八卦炉）怎么改造呢？只有一个生产设备，要么生产出全都是男性，要么都是女性，那不行呀，这么大的翻天覆地的改造就是 为了产生不同性别的人类。有办法了！把目前已经有的生产设备——八卦炉拆开，于是女娲就使用了“八卦拷贝术”，把原先的八卦炉一个变两个，并且略加修改， 就成了女性八卦炉（只生产女性人种）和男性八卦炉（只生产男性人种），于是乎女娲就开始准备生产了，其类图如图9-2所示。
图9-2 女娲重新生产人类
这个类图虽然大，但是比较简单，Java的典型类图，一个接口，多个抽象类，然后是N个实现类，每个人种都是一个抽象类，性别是在各个实现类中实现的。特 别需要说明的是HumanFactory接口，在这个接口中定义了三个方法，分别用来生产三个不同肤色的人种，也就是我们在图9-1中的Y坐标，它的两个 实现类分别是性别，也就是图9-1中的X坐标，通过X坐标（性别）和Y坐标(肤色)唯一确定了一个生产出来的对象：什么性别的人种。我们来看相关的实 现，Human接口如代码清单9-1所示。
代码清单9-1 人种接口
public interface Human { //每个人种都有相应的颜色 public void getColor(); //人类会说话 public void talk(); //每个人都有性别 public void getSex(); }
人种有三个抽象类，负责人种的抽象属性定义：肤色和语言，白色人种、黑色人种、黄色人种分别如代码清单9-2、9-3、9-4所示。
代码清单9-2 白色人种
public abstract class AbstractWhiteHuman implements Human { //白色人种的颜色是白色的 public void getColor(){ System.out.println("白色人种的皮肤颜色是白色的！"); } //白色人种讲话 public void talk() { System.out.println("白色人种会说话，一般都是但是单字节。"); } }
代码清单9-3 黑色人种
public abstract class AbstractBlackHuman implements Human { public void getColor(){ System.out.println("黑色人种的皮肤颜色是黑色的！"); } public void talk() { System.out.println("黑人会说话，一般人听不懂。"); } }
代码清单9-4 黄色人种
public abstract class AbstractYellowHuman implements Human { public void getColor(){ System.out.println("黄色人种的皮肤颜色是黄色的！"); } public void talk() { System.out.println("黄色人种会说话，一般说的都是双字节。"); } }
每个抽象类都有两个实现类，分别实现公共的最细节、最具体的事物：肤色和语言。具体的实现类肤色性别定义，以黄色女性人种为例，如代码清单9-5所示。
代码清单9-5 黄色女性人种
public class FemaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman { //黄人女性 public void getSex() { System.out.println("黄人女性"); } }
黄色男性人种如代码清单9-6所示。
代码清单9-6 黄色男性人种
public class MaleYellowHuman extends AbstractYellowHuman { //黄人男性 public void getSex() { System.out.println("黄人男性"); } }
其他的黑色人种、白色人种的男性和女性的代码与此类似，不再重复编写。到此为止，我们已经把真实世界的人种都定义出来了，剩下的工作就是怎么制造人类。接口HumanFactory如代码清单9-7所示。
代码清单9-7 八卦炉定义
public interface HumanFactory { //制造一个黄色人种 public Human createYellowHuman(); //制造一个白色人种 public Human createWhiteHuman(); //制造一个黑色人种 public Human createBlackHuman(); }
在接口中，我们看到八卦炉是可以生产出不同肤色人种的（当然了，女娲的失误嘛），那它有多少个八卦炉呢？两个，分别生产女性和男性，女性和男性八卦炉分别如代码清单9-8和9-9所示。
代码清单9-8 生产女性八卦炉
public class FemaleFactory implements HumanFactory { //生产出黑人女性 public Human createBlackHuman() { return new FemaleBlackHuman(); } //生产出白人女性 public Human createWhiteHuman() { return new FemaleWhiteHuman(); } //生产出黄人女性 public Human createYellowHuman() { return new FemaleYellowHuman(); } }
代码清单9-9 生产男性八卦炉
public class MaleFactory implements HumanFactory { //生产出黑人男性 public Human createBlackHuman() { return new MaleBlackHuman(); } //生产出白人男性 public Human createWhiteHuman() { return new MaleWhiteHuman(); } //生产出黄人男性 public Human createYellowHuman() { return new MaleYellowHuman(); } }
人种有了，创建它的八卦炉也有了，我们就来重现一下当年女娲造人的光景，如代码清单9-10所示。
代码清单9-10 女娲重造人类
public class NvWa { public static void main(String[] args) { //第一条生产线，男性生产线 HumanFactory maleHumanFactory = new MaleFactory(); //第二条生产线，女性生产线 HumanFactory femaleHumanFactory = new FemaleFactory(); //生产线建立完毕，开始生产人了: Human maleYellowHuman = maleHumanFactory.createYellowHuman(); Human femaleYellowHuman = femaleHumanFactory.createYellowHuman(); System.out.println("---生产一个黄色女性---"); femaleYellowHuman.getColor(); femaleYellowHuman.talk(); femaleYellowHuman.getSex(); System.out.println("\n---生产一个黄色男性---"); maleYellowHuman.getColor(); maleYellowHuman.talk(); maleYellowHuman.getSex(); /* * ..... * 后面继续创建 */ } }
运行结果如下所示：
---生产一个黄色女性---
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。
黄人女性
---生产一个黄色男性---
黄色人种的皮肤颜色是黄色的！
黄色人种会说话，一般说的都是双字节。
黄人男性
各种肤色的男性、女性都制造出来了，两性之间产生了相互吸引力，于是情感产生，这个世界就多了一种小说的题材“爱情”。我们回头来想想我们的设计，不知道 大家有没有去过工厂，每个工厂分很多车间，每个车间又分多个生产线，分别生产不同的产品，我们可以把八卦炉比喻为车间，把八卦炉生产的工艺（生产白人、黑 人还是黄人）称之为生产线，如此来看就是一个女性生产车间，专门生产各种肤色的女性，一个是男性生产车间，专门生产各种肤色男性，生产完毕就可以在系统外 组装，什么是组装？嘿嘿，自己思考！在这样的设计下，各个车间和各条生产线的职责非常明确，在车间内各个生产出来的产品可以有耦合关系，你要知道世界上 黑、黄、白人种的比例是：1:4:6，那这就需要女娲娘娘在烧制的就要做好比例，在一个车间内协调好。这就是抽象工厂模式。
9.2 抽象工厂模式的定义
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是一种比较常用的模式，其定义如下：
Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifying their concrete classes。为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无需指定它们的具体类。
抽象工厂模式的通用类图如图9-3所示。
图9-3 抽象工厂模式通用类图
抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，在有多个业务品种、业务分类时，通过抽象工厂模式产生需要的对象是一种非常好的解决方式。我们来看抽象工厂的通用 源代码，首先有两个互相影响的产品线（也叫做产品族），例如制造汽车的左侧门和右侧门，这两个应该是数量相等的——两个对象之间的约束，每个型号的车门都 是不一样的，这是产品等级结构约束的，我们先看两个产品族的类图，如图9-4所示。
图9-4 抽象工厂模式通用源码类图
注意类图上的圈圈、框框相对应，两个抽象的产品类可以有关系，例如共同继承或实现一个抽象类或接口，其源代码如代码清单9-11所示。
代码清单9-11 抽象产品类
public abstract class AbstractProductA { //每个产品共有的方法 public void shareMethod(){ } //每个产品相同方法，不同实现 public abstract void doSomething(); }
两个具体的产品实现类如代码清单9-12、9-13所示。
代码清单9-12 产品A1的实现类
public class ProductA1 extends AbstractProductA { public void doSomething() { System.out.println("产品A1的实现方法"); } }
代码清单9-13 产品A2的实现类
public class ProductA2 extends AbstractProductA { public void doSomething() { System.out.println("产品A2的实现方法"); } }
产品B与此类似，不再赘述。抽象工厂类AbstractCreator的职责是定义每个工厂要实现的功能，在通用代码中，抽象工厂类定义了两个产品族的产品创建，如代码清单9-14所示。
代码清单9-14 抽象工厂类
public abstract class AbstractCreator { //创建A产品家族 public abstract AbstractProductA createProductA(); //创建B产品家族 public abstract AbstractProductB createProductB(); }
注意有N个产品族，在抽象工厂类中就应该有N个创建方法。
如何创建一个产品，则是有具体的实现类来完成的，Creator1和Creator2如代码清单9-15、9-16所示。
代码清单9-15 产品等级1的实现类
public class Creator1 extends AbstractCreator { //只生产产品等级为1的A产品 public AbstractProductA createProductA() { return new ProductA1(); } //只生产产品等级为1的B产品 public AbstractProductB createProductB() { return new ProductB1(); } }
代码清单9-16 产品等级2的实现类
public class Creator2 extends AbstractCreator { //只生产产品等级为2的A产品 public AbstractProductA createProductA() { return new ProductA2(); } //只生产产品等级为2的B产品 public AbstractProductB createProductB() { return new ProductB2(); } }
注意有M个产品等级就应该有M个实现工厂类，在每个实现工厂中，实现不同产品族的生产任务。
具体在业务如何的产生一个与实现无关的对象呢？如代码清单9-17所示。
代码清单9-17 场景类
public class Client { public static void main(String[] args) { //定义出两个工厂 AbstractCreator creator1 = new Creator1(); AbstractCreator creator2 = new Creator2(); //产生A1对象 AbstractProductA a1 = creator1.createProductA(); //产生A2对象 AbstractProductA a2 = creator2.createProductA(); //产生B1对象 AbstractProductB b1 = creator1.createProductB(); //产生B2对象 AbstractProductB b2 = creator2.createProductB(); /* * 然后在这里就可以为所欲为了... */ } }
You See，在场景类中，没有任何一个方法与实现类有关系，对于一个产品来说，我们只要知道它的工厂方法，就可以直接产生一个产品对象，无需关心它的实现类。
9.3抽象工厂模式的应用
9.3.1 抽象工厂模式的优点
- 封装性，每个产品的实现类不是高层模块要关系的，要关心的是什么？是接口，是抽象，它不关心对象是如何创建出来，这由谁负责呢？工厂类，只要知道工厂类是谁，我就能创建出一个需要的对象，省时省力，优秀设计就应该如此。
- 产品族内的约束为非公开状态。例如生产男女比例的问题上，猜想女娲娘娘肯定有自己的打算，不能让女盛男衰，否则女性的优点不就体现不出来了吗？那 在抽象工厂模式，就应该有这样的一个约束：每生产1个女性，就同时生产出1.2个男性，这样的生产过程对调用工厂类的高层模块来说是透明的，它不需要知道 这个约束，我就是要一个黄色女性产品就可以了，具体的产品族内的约束是在工厂内实现的。
9.3.2 抽象工厂模式的缺点
抽象工厂模式的最大缺点就是产品族扩展非常困难，为什么这么说呢？我们以通用代码为例，如果要增加一个产品C，也就是说有产品家族由原来的2个，增加到3 个，看看我们的程序有多大改动吧！抽象类AbstractCreator要增加一个方法createProductC()，然后，两个实现类都要修改，想 想看，这在项目中的话，还这么让人活！严重违反了开闭原则，而且我们一直说明抽象类和接口是一个契约，改变契约，所有与契约有关系的代码都要修改，这段代 码叫什么？叫“有毒代码”，——只要这段代码有关系，就可能产生侵害的危险！
9.3.3 抽象工厂模式的使用场景
抽象工厂模式的使用场景定义非常简单：一个对象族（或是一组没有任何关系的对象）都有相同的约束，则可以使用抽象工厂模式，什么意思呢？例如一个文本编辑 器和一个图片处理器，都是软件实体，但是*nix下的文本编辑器和WINDOWS下的文本编辑器虽然功能和界面都相同，但是代码实现是不同的，图片处理器 也是类似情况，也就是具有了共同的约束条件：操作系统类型，于是我们可以使用抽象工厂模式，产生不同操作系统下的编辑器和图片处理器。
9.3.3.4 抽象工厂模式的注意实现
在抽象工厂模式的缺点中，我们提到抽象工厂模式的产品族扩展比较困难，但是一定要清楚是产品族扩展困难，而不是产品等级，在该模式下，产品等级是非常容易 扩展的，增加一个产品等级，只要增加一个工厂类负责新增加出来的产品生产任务即可，也就是说横向扩展容易，纵向扩展困难。以人类为例子， 产品等级中只要男、女两个性别，现实世界还有一种性别：双性人，即使男人也是女人（俗语就是阴阳人），那我们要扩展这个产品等级也是非常容易的，增加三个 产品类，分别对应不同的肤色，然后再创建一个工厂类，专门负责不同肤色人的双性人的创建任务，完全通过扩展来实现的需求的变更，从这一点上看，抽象工厂模 式是符合开闭原则的。
9.4最佳实践
一个模式在什么情况下才能够使用，是很多读者比较困惑的地方，抽象工厂模式是一个简单的模式，使用的场景非常多，大家在软件产品开发过程中，涉及到不同操 作系统的时候，都可以考虑使用抽象工厂模式，例如一个应用，需要在三个不同平台上运行：Windows、Linux、Android（Google发布的 智能终端操作系统）上运行，你会怎么设计？分别设计三套不同的应用？非也非也，通过抽象工厂模式屏蔽掉操作系统对应用的影响。三个不同操作系统上的软件功 能、应用逻辑、UI都应该是非常类似，唯一不同的是调用不同的工厂方法，由不同的产品类去处理与操作系统交互的信息。
