第5章 抽象工厂模式
5.1 产品等级结构与产品族
- 产品等级结构：产品等级结构即产品的继承结构。
例如一个抽象类是电视机，其子类包括海尔电视机、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。 - 产品族：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。
例如海尔电器工厂生产的海尔电视机、海尔冰箱、海尔电视机位于电视机产品等级结构中，海尔冰箱位于冰箱产品等级结构中，海尔电视机、海尔冰箱构成了一个产品族。
5.2 抽象工厂模式概述
当系统所提供的工厂生产的具体产品并不是一个简单的对象，而是多个位于不同产品等级结构、属于不同类型的具体产品时就可以使用抽象工厂模式。
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。
抽象工程模式（Abstract Factory Pattern）：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。
5.3 抽象工厂模式结构与实现
5.3.1 抽象工厂模式结构
- 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。
5.3.2 抽象工厂模式实现
Button：按钮接口，充当抽象产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public interface Button {
public void display();
}
SpringButton：Spring按钮类，充当具体产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public class SpringButton implements Button {
@Override
public void display() {
System.out.println("显示浅绿色按钮.");
}
}
SummerButton：Summer按钮类，充当具体产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public class SummerButton implements Button {
@Override
public void display() {
System.out.println("显示浅蓝色按钮.");
}
}
TextField：文本框接口，充当抽象产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public interface TextField {
public void display();
}
Spring TextField：Spring文本框类，充当具体产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public class SpringTextField implements TextField {
@Override
public void display() {
System.out.println("显示绿色边框文本框.");
}
}
SummerTextField：Summer文本框类，充当具体产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public class SummerTextField implements TextField {
@Override
public void display() {
System.out.println("显示蓝色边框文本框.");
}
}
ComboBox：组合框接口，充当抽象产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public interface ComboBox {
public void display();
}
SpringComboBox：Spring 组合框类，充当具体产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public class SpringComboBox implements ComboBox{
@Override
public void display() {
System.out.println("显示绿色边框组合框.");
}
}
SummerComboBox：Summer组合框类，充当具体产品。
package designpatterns.abstracfactory;
public class SummerConboBox implements ComboBox{
@Override
public void display() {
System.out.println("显示蓝色边框组合框.");
}
}
SkinFactory：界面皮肤工厂接口，充当抽象工厂。
package designpatterns.abstracfactory;
public interface SkinFactory {
public Button createButton();
public TextField createTextField();
public ComboBox createComboBox();
}
SpringSkinFactory：Spring皮肤工厂，充当具体工厂。
package designpatterns.abstracfactory;
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();
}
}
SummerSkinFactory：Summer皮肤工厂，充当具体工厂。
package designpatterns.abstracfactory;
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 SpringComboBox();
}
}
配置文件config.xml，在配置文件中存储了具体工厂类的类名。
<?xml version="1.0"?>
<config>
<className>designpatterns.abstracfactory.SpringSkinFactory</className>
</config>
XMLUtil：工具类。
package designpatterns.abstracfactory;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
public class XMLUtil {
//该方法用于从XML配置文件中提取具体类的类名,并返回一个实例对象
public static Object getBean() {
try {
//创建DOM文档对象
DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
Document doc;
doc = builder.parse(new File("src//designpatterns//abstracfactory//config.xml"));
//获取包含类名的文本结点
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;
}
}
}
Client：客户端测试类。
package designpatterns.abstracfactory;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
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();
}
}
结果及分析
5.5 开闭原则的倾斜性
在5.4节所设计的界面皮肤库中可以较为方便地增加新类型的皮肤。
但是该设计方案存在一个非常严重的问题：如果在设计之初因为考虑不全面，忘记为某种类型的界面组件（以单选按钮RadioButton为例）提供不同皮肤下的风格化显示，那么在往系统中增加单选按钮时将发现非常麻烦，无法在满足开闭原则的前提下增加单选按钮，原因是抽象工厂SkinFactory中根本没有提供创建单选按钮的方法，如果需要增加单选按钮，首先需要修改抽象工厂接口SkinFactory，在其中新增声明创建单选按钮的方法。然后逐个修改具体工厂类，增加相应方法以实现在不同的皮肤库中创建单选按钮，此外还需要修改客户端，否则单选按钮无法应用于现有系统。
抽象工厂模式无法解决此类问题,这也是抽象工厂模式的最大缺点所在。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，抽象工厂模式的这种性质称为开闭原则的倾斜性。
开闭原则要求系统对扩展开放,对修改关闭,通过扩展达到增强其功能的目的,对于涉及多个产品族与多个产品等级结构的系统,其功能增强包括两个：
- 增加产品族：对于增加新的产品族，抽象工厂模式很好地支持了开闭原则，只需要增加具体产品并对应增加一个新的具体工厂，对已有代码无须做任何修改。
- 增加新的产品等级结构：对于增加新的产品等级结构，需要修改所有的工厂角色，包括抽象工厂类，在所有的工厂类中都需要增加生产新产品的方法，违背了开闭原则。
5.6 抽象工厂模式优/缺点与适用环境
抽象工厂模式是工厂方法模式的进一步延伸，由于它提供了功能更为强大的工厂类且具备较好的可扩展性，在软件开发中得以广泛应用，尤其是在一些框架和API类库的设计中。
例如在Java语言的AWT（抽象窗口工具包）中就使用了抽象工厂模式，它使用抽象工厂模式来实现在不同的操作系统中应用程序呈现与所在操作系统一致的外观界面。
抽象卫工厂模式也是在软件开发中最常用的设计模式之一。
5.6.1 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,更换一个具体工厂就变得相对容易，所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的那些公共接口，因此只需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。
- 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，无须修改已有系统，符合开闭原则。
5.6.2 抽象工厂缺点
增加新的产品等级结构麻烦，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，这显然会带来较大的不便，违背了开闭原则。
5.6.3 抽象工厂适用环境
- 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很重要的，用户无须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。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，如同一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,即操作系统的类型。
- 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有的产品等级结构。
