抽象工厂模式

抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。

介绍

意图：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。

主要解决：主要解决接口选择的问题。

何时使用：系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品。

如何解决：在一个产品族里面，定义多个产品。

关键代码：在一个工厂里聚合多个同类产品。

应用实例：工作了，为了参加一些聚会，肯定有两套或多套衣服吧，比如说有商务装（成套，一系列具体产品）、时尚装（成套，一系列具体产品），甚至对于一个家庭来说，可能有商务女装、商务男装、时尚女装、时尚男装，这些也都是成套的，即一系列具体产品。假设一种情况（现实中是不存在的，要不然，没法进入共产主义了，但有利于说明抽象工厂模式），在您的家中，某一个衣柜（具体工厂）只能存放某一种这样的衣服（成套，一系列具体产品），每次拿这种成套的衣服时也自然要从这个衣柜中取出了。用 OOP 的思想去理解，所有的衣柜（具体工厂）都是衣柜类的（抽象工厂）某一个，而每一件成套的衣服又包括具体的上衣（某一具体产品），裤子（某一具体产品），这些具体的上衣其实也都是上衣（抽象产品），具体的裤子也都是裤子（另一个抽象产品）。

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：产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。

使用场景： 1、QQ 换皮肤，一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。

注意事项：产品族难扩展，产品等级易扩展。

抽象工厂方法模式

工厂方法模式是对简单工厂模式进一步抽象的结果。

假如是不使用反射的工厂方法模式，那么所有的if...

else if...else都放在工厂类中，势必造成工厂类的无限臃肿

这时候就需要工厂方法模式来处理这个问题了。工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有对象的创建，而是将具体的创建工作交给子类去做。这个类则摇身一变变成了一个抽象工厂角色，仅仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口。

这一步的改进，使得系统可以在不修改具体工厂角色的情况下引入新的产品。

角色

在工厂方法模式结构图中包含如下几个角色：

Product（抽象产品）：它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是产品对象的公共父类

ConcreteProduct（具体产品）：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂和具体产品之间一一对应。

Factory（抽象工厂）：在抽象工厂类中，声明了工厂方法(Factory Method)，用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口。

ConcreteFactory（具体工厂）：它是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。

与简单工厂模式相比，工厂方法模式最重要的区别是引入了抽象工厂角色，抽象工厂可以是接口，也可以是抽象类或者具体类

工厂方法模式的示例

有一个抽象工厂，生产生物的工厂：

public interface BiologicalFactory {

    public Biological getbiological(String name);
}

它有两个实现类，分别是生产动物的工厂和生产植物的工厂：

public class PlantFactory implements BiologicalFactory {

    @Override
    public Biological getbiological(String name) {
        if ("apple".equals(name)) {
            return new Apple();
        } else if ("grape".equals(name)) {
            return new Grape();
        }
        return null;
    }

}

public class AnimalFactory implements BiologicalFactory{

    @Override
    public Biological getbiological(String name) {
        // TODO Auto-generated method stub
        if ("panda".equals(name)) {
            return new Panda();
        } else if ("lion".equals(name)) {
            return new Lion();
        }
        return null;
    }

}

抽象产品角色，一个生物：

public interface Biological {

    void transform();// 生产
}

具体产品角色：

public class Apple implements Biological {

    @Override
    public void transform() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("变出一个苹果");
    }

}

public class Grape implements Biological {

    @Override
    public void transform() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("变出一个葡萄");
    }

}

public class Lion implements Biological {

    @Override
    public void transform() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("变出一只狮子");
    }

}

public class Panda implements Biological {

    @Override
    public void transform() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("变出一只熊猫");
    }

}

模拟客户端调用，实例化出一个具体的工厂角色，根据传入的参数返回不同的产品角色：

public class FactoryTest {

    public static void main(String[] args) {
        String data = "";
        BiologicalFactory biologicalFactory1 = new PlantFactory();
        
        Biological ef1 = biologicalFactory1.getbiological("apple");
        ef1.transform();
        
        Biological ef2 = biologicalFactory1.getbiological("grape");
        ef2.transform();
        
        BiologicalFactory biologicalFactory2 = new AnimalFactory();
        
        Biological ef3 = biologicalFactory2.getbiological("lion");
        ef3.transform();
        
        Biological ef4 = biologicalFactory2.getbiological("panda");
        ef4.transform();
    }
}

返回结果为：

变出一个苹果
变出一个葡萄
变出一只狮子
变出一只熊猫

工厂方法模式总结

工厂方法模式是简单工厂模式的延伸，它继承了简单工厂模式的优点，同时还弥补了简单工厂模式的不足。工厂方法模式是使用频率最高的设计模式之一，是很多开源框架和API类库的核心模式。

工厂方法模式的主要优点

• 在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。

• 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够让工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，就正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。

• 使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合"开闭原则"。

工厂方法模式的主要缺点

• 在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。

• 由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。

适用场景

• 客户端不知道它所需要的对象的类。在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

• 抽象工厂类通过其子类来指定创建哪个对象。在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。

工厂模式在Java中的应用及解读

Java集合接口 Collection 中的工厂方法模式

Collection 中的 iterator 方法如下：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    Iterator<E> iterator();
    // ...省略
}

关于 iterator 方法的介绍：   
Java的迭代器只在Collection中有，而Map没有迭代器，它有不同的迭代方法；   
迭代器的终极目标：就是用统一的方法来迭代不同类型的集合！可能由于不同集合的内部数据结构不尽相同，如果要自己纯手工迭代的话相互之间会有很大的差别，而迭代器的作用就是统一的方法对不同的集合进行迭代，而在迭代器底层隐藏不同集合之间的差异，从而为迭代提供最大的方便   
使用用迭代器迭代的步骤： i. 第一步肯定是先获取集合的迭代器：调用集合的iterator方法就能获得，IteratorCollection.iterator(); ii. 使用迭代器的hasNext、next往下迭代   
Iterator的常用方法：boolean hasNext()：是否还有下一个元素； Object next()：取出下一个元素并返回； void remove(); ：从容器中删除当前元素，直接会改变容器中的数据

该接口的实现类很多，我们仅看其中一个实现类 java.util.ArrayList，看其对 iterator 方法的实现

public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}

/**
 * An optimized version of AbstractList.Itr
 */
private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;

    Itr() {}

    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
        // ...省略...
    }

    public void remove() {
        // ...省略...
    }

    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {
        // ...省略...
    }

    final void checkForComodification() {
        // ...省略...
    }
}

Itr 类实现了 iterator 接口，iterator 接口正是 Collection 接口中 iterator 方法的返回类型，其代码如下：

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();

    E next();

    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }

    default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        while (hasNext())
            action.accept(next());
    }
}

由此可见，Collection 接口扮演了抽象工厂角色，工厂方法为 iterator()，Collection 的实现类譬如 ArrayList 扮演了具体工厂角色，而抽象产品为 Iterator 接口，具体产品为 Itr 类

ThreadFactory 中的工厂方法模式

这是一个生产线程的接口：

public interface ThreadFactory {

    /**
     * Constructs a new {@code Thread}.  Implementations may also initialize
     * priority, name, daemon status, {@code ThreadGroup}, etc.
     *
     * @param r a runnable to be executed by new thread instance
     * @return constructed thread, or {@code null} if the request to
     *         create a thread is rejected
     */
    Thread newThread(Runnable r);
}

具体的线程工厂可以implements这个接口并实现newThread(Runnable r)方法，来生产具体线程工厂想要生产的线程。JDK在Executors给开发者提供了一个静态内部类DefaultThreadFactory，当然开发者也可以自行实现这个接口，写自定义的线程工厂。

Spring中的工厂方法模式

FactoryBean

一般情况下，Spring通过反射机制利用<bean>的class属性指定实现类实例化Bean，在某些情况下，实例化Bean过程比较复杂，

如果按照传统的方式，则需要在<bean>中提供大量的配置信息。配置方式的灵活性是受限的，这时采用编码的方式可能会得到一个简单的方案。

Spring为此提供了一个org.springframework.bean.factory.FactoryBean的工厂类接口，用户可以通过实现该接口定制实例化Bean的逻辑。

FactoryBean接口对于Spring框架来说占用重要的地位，Spring自身就提供了70多个FactoryBean的实现。

它们隐藏了实例化一些复杂Bean的细节，给上层应用带来了便利。从Spring3.0开始，FactoryBean开始支持泛型，即接口声明改为FactoryBean<T>的形式

package org.springframework.beans.factory;

public interface FactoryBean<T> {
    T getObject() throws Exception;

    Class<?> getObjectType();

    boolean isSingleton();
}

在该接口中还定义了以下3个方法：

T getObject()：

          返回由FactoryBean创建的Bean实例，如果isSingleton()返回true，则该实例会放到Spring容器中单实例缓存池中；
boolean isSingleton()：

          返回由FactoryBean创建的Bean实例的作用域是singleton还是prototype；
Class<T> getObjectType()：

          返回FactoryBean创建的Bean类型。
当配置文件中<bean>的class属性配置的实现类是FactoryBean时，通过getBean()方法返回的不是FactoryBean本身，

         而是FactoryBean#getObject()方法所返回的对象，相当于FactoryBean#getObject()代理了getBean()方法。

package  com.baobaotao.factorybean;  
    public   class  Car  {  
        private   int maxSpeed ;  
        private  String brand ;  
        private   double price ;  
        public int getMaxSpeed()   {  
            return  this.maxSpeed ;  
        }  
        public  void setMaxSpeed (int maxSpeed )   {  
            this.maxSpeed = maxSpeed;  
        }  
        public String getBrand ()   {  
            return this.brand ;  
        }  
        public void setBrand (String brand )   {  
            this.brand = brand;  
        }  
        public double getPrice ()   {  
            return  this.price ;  
        }  
        public void setPrice (double price )   {  
            this.price = price;  
       }  
}

 如果用FactoryBean的方式实现就灵活点，下例通过逗号分割符的方式一次性的为Car的所有属性指定配置值： 

package  com.baobaotao.factorybean;  
import  org.springframework.beans.factory.FactoryBean;  
public   class  CarFactoryBean  implements  FactoryBean<Car>  {  
    private  String carInfo ;  
    public  Car getObject() throws  Exception{  
        Car car =  new  Car() ;  
        String[] infos =  carInfo.split(",") ;  
        car.setBrand (infos[0]) ;  
        car.setMaxSpeed (Integer.valueOf(infos[1])) ;  
        car.setPrice (Double. valueOf(infos[2])) ;  
        return  car;  
    }  
    public Class<Car> getObjectType ()   {  
        return Car.class ;  
    }  
    public boolean isSingleton ()   {  
        return false ;  
    }  
    public String getCarInfo ()   {  
        return this.carInfo ;  
    }  
  
    // 接受逗号分割符设置属性信息  
    public void setCarInfo (String carInfo )   {  
        this.carInfo = carInfo;  
    }  
}

 有了这个CarFactoryBean后，就可以在配置文件中使用下面这种自定义的配置方式配置CarBean了：

<bean id="car"class="com.baobaotao.factorybean.CarFactoryBean" P:carInfo="法拉利,400,2000000"/>

当调用getBean("car")时，Spring通过反射机制发现CarFactoryBean实现了FactoryBean的接口，这时Spring容器就调用接口方法CarFactoryBean#getObject()方法返回。

如果希望获取CarFactoryBean的实例，则需要在使用getBean(beanName)方法时在beanName前显示的加上"&"前缀：如getBean("&car");