设计模式系列：创建型-抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

简介

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是设计模式中的一种，属于创建型模式。它提供了一种创建对象的最佳方式。在抽象工厂模式中，一个或多个工厂类负责创建其他类的实例，而客户端无需知道所创建对象的详细信息。

抽象工厂模式的主要特点是工厂类不负责创建对象的具体实现，而是将具体的实现延迟到具体工厂类中。这样可以将客户端与具体的产品类解耦，使得客户端只需要关心所需要产品的接口，而不需要关心具体的实现细节。

在抽象工厂模式的实现中，通常会包含一个抽象工厂接口，该接口定义了创建产品的操作，以及一个或多个具体工厂类，它们实现了抽象工厂接口并负责创建具体的产品对象。同时，还包含一个或多个抽象产品接口，它们定义了产品的公共接口，以及一个或多个具体产品类，它们实现了抽象产品接口并提供了具体的产品实现。

结构

抽象工厂模式的主要角色如下：

• 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
• 具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
• 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
• 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它 同具体工厂之间是多对一的关系。

案例实现

需求：设计一个咖啡店点餐系统。

设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

具体类的设计如下：

在java中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

现在使用工厂对上面案例进行改进，类图如下：

代码如下：

抽象工厂：

public interface DessertFactory {

    Coffee createCoffee();

    Dessert createDessert();
}

具体工厂：

//美式甜点工厂
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {

    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}
//意大利风味甜点工厂
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {

    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    public Dessert createDessert() {
        return new Tiramisu();
    }
}

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。

优缺点

优点：

当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：

当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。

使用场景

• 当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等。

• 系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋。

• 系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

如：输入法换皮肤，一整套一起换。生成不同操作系统的程序。

扩展

简单工厂+配置文件解除耦合

可以通过工厂模式+配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合。在工厂类中加载配置文件中的全类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

第一步：定义配置文件

为了演示方便，我们使用properties文件作为配置文件，名称为bean.properties

american=com.itheima.pattern.factory.config_factory.AmericanCoffee
latte=com.itheima.pattern.factory.config_factory.LatteCoffee

第二步：改进工厂类

public class CoffeeFactory {

    private static Map<String,Coffee> map = new HashMap();

    static {
        Properties p = new Properties();
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
            p.load(is);
            //遍历Properties集合对象
            Set<Object> keys = p.keySet();
            for (Object key : keys) {
                //根据键获取值（全类名）
                String className = p.getProperty((String) key);
                //获取字节码对象
                Class clazz = Class.forName(className);
                Coffee obj = (Coffee) clazz.newInstance();
                map.put((String)key,obj);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static Coffee createCoffee(String name) {

        return map.get(name);
    }
}

静态成员变量用来存储创建的对象（键存储的是名称，值存储的是对应的对象），而读取配置文件以及创建对象写在静态代码块中，目的就是只需要执行一次。

源码中的应用

Spring

BeanFactory 和 ApplicationContext 接口及其实现类

在 Spring 框架中，BeanFactory 和 ApplicationContext 接口是创建和管理 Bean 对象的核心接口。它们定义了一系列的工厂方法，用于创建和获取 Bean 对象的实例。Spring 框架提供了多种 BeanFactory 和 ApplicationContext 的实现类，如 XmlBeanFactory、DefaultListableBeanFactory、ClassPathXmlApplicationContext 等，这些实现类通过工厂方法来创建和管理 Bean 对象。

BeanFactory beanFactory = new XmlBeanFactory(new ClassPathResource("applicationContext.xml"));
ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");

AbstractBeanFactory 类及其子类

在 Spring 框架中，AbstractBeanFactory 类是 BeanFactory 接口的抽象实现，它定义了一些公共的工厂方法，用于创建和获取 Bean 对象的实例。Spring 框架还提供了一些 AbstractBeanFactory 的具体子类，如 DefaultListableBeanFactory、XmlBeanFactory 等，它们通过实现抽象方法来创建和管理 Bean 对象。

public abstract class AbstractBeanFactory implements BeanFactory {
    // 创建和获取 Bean 对象的工厂方法
    protected abstract Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException;
}

FactoryBean 接口及其实现类

在 Spring 框架中，FactoryBean 接口是一个特殊的工厂接口，用于创建特定类型的 Bean 对象。FactoryBean 接口定义了一个工厂方法 getObject()，用于创建 Bean 对象的实例。Spring 框架提供了多种 FactoryBean 的实现类，如 BeanFactory、ListableBeanFactory 等，它们通过实现 FactoryBean 接口来创建和管理 Bean 对象。

public interface FactoryBean<T> {
    // 创建 Bean 对象的工厂方法
    T getObject() throws Exception;
}