抽象工厂模式（Abstract Factory）
概述
在软件系统中，经常面临着“一系列相互依赖的对象”的创建工作；同时由于需求的变化，往往存在着更多系列对象的创建工作。如何应对这种变化？如何绕过常规的对象的创建方法（new），提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“多系列具体对象创建工作”的紧耦合？这就是我们要说的抽象工厂模式。
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。
模型图
逻辑模型：
物理模型：
生活中的例子
抽
象工厂的目的是要提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而不需要指定它们具体的类。这种模式可以汽车制造厂所使用的金属冲压设备中找到。这种冲压
设备可以制造汽车车身部件。同样的机械用于冲压不同的车型的右边车门、左边车门、右前挡泥板、左前挡泥板和引擎罩等等。通过使用转轮来改变冲压盘，这个机
械产生的具体类可以在三分钟内改变。
抽象工厂之新解
虚拟案例
中国企业需要一项简单的财务计算：每月月底，财务人员要计算员工的工资。
员工的工资 = (基本工资 + 奖金 - 个人所得税)。这是一个放之四海皆准的运算法则。
为了简化系统，我们假设员工基本工资总是4000美金。
中国企业奖金和个人所得税的计算规则是:
奖金 = 基本工资(4000) * 10%
个人所得税 = (基本工资 + 奖金) * 40%
我们现在要为此构建一个软件系统（代号叫Softo），满足中国企业的需求。
案例分析
奖金(Bonus)、个人所得税(Tax)的计算是Softo系统的业务规则(Service)。
工资的计算(Calculator)则调用业务规则(Service)来计算员工的实际工资。
工资的计算作为业务规则的前端(或者客户端Client)将提供给最终使用该系统的用户(财务人员)使用。
针对中国企业为系统建模
根据上面的分析，为Softo系统建模如下：
则业务规则Service类的代码如下：
using System;2
3
namespace ChineseSalary4
{
5
/// <summary>
6
/// 公用的常量7
/// </summary>8
public class Constant9
{10
public static double BASE_SALARY = 4000;11
}12
}using System;2
3
namespace ChineseSalary4
{5
/// <summary>6
/// 计算中国个人奖金7
/// </summary>8
public class ChineseBonus9
{10
public double Calculate()11
{12
return Constant.BASE_SALARY * 0.1;13
}14
}15
}16
客户端的调用代码：
using System;2
3
namespace ChineseSalary4
{ 5
/// <summary>6
/// 计算中国个人所得税7
/// </summary>8
public class ChineseTax9
{10
public double Calculate()11
{12
return (Constant.BASE_SALARY + (Constant.BASE_SALARY * 0.1)) * 0.4;13
}14
}15
}16
运行程序，输入的结果如下：
Chinese Salary is：2640
针对美国企业为系统建模
为了拓展国际市场，我们要把该系统移植给美国公司使用。
美国企业的工资计算同样是: 员工的工资 = 基本工资 + 奖金 - 个人所得税。
但是他们的奖金和个人所得税的计算规则不同于中国企业:
美国企业奖金和个人所得税的计算规则是:
奖金 = 基本工资 * 15 %
个人所得税 = (基本工资 * 5% + 奖金 * 25%)
根据前面为中国企业建模经验，我们仅仅将ChineseTax、ChineseBonus修改为AmericanTax、AmericanBonus。 修改后的模型如下：
则业务规则Service类的代码如下：
using System;2
3
namespace AmericanSalary4
{5
/// <summary>6
/// 公用的常量7
/// </summary>8
public class Constant9
{10
public static double BASE_SALARY = 4000;11
}12
}13
using System;2
3
namespace AmericanSalary4
{5
/// <summary>6
/// 计算美国个人奖金7
/// </summary>8
public class AmericanBonus9
{10
public double Calculate()11
{12
return Constant.BASE_SALARY * 0.1;13
}14
}15
}16
using System;2
3
namespace AmericanSalary4
{ 5
/// <summary>6
/// 计算美国个人所得税7
/// </summary>8
public class AmericanTax9
{10
public double Calculate()11
{12
return (Constant.BASE_SALARY + (Constant.BASE_SALARY * 0.1)) * 0.4;13
}14
}15
}16
客户端的调用代码：
2
using System;3
4
namespace AmericanSalary5
{6
/// <summary>7
/// 客户端程序调用8
/// </summary>9
public class Calculator 10
{11
public static void Main(string[] args) 12
{13
AmericanBonus bonus = new AmericanBonus();14
double bonusValue = bonus.Calculate();15
16
AmericanTax tax = new AmericanTax();17
double taxValue = tax.Calculate();18
19
double salary = 4000 + bonusValue - taxValue; 20
21
Console.WriteLine("American Salary is：" + salary);22
Console.ReadLine();23
}24
}25
}26
运行程序，输入的结果如下：
American Salary is：2640
整合成通用系统
让我们回顾一下该系统的发展历程：
最初，我们只考虑将Softo系统运行于中国企业。但随着MaxDO公司业务向海外拓展， MaxDO需要将该系统移植给美国使用。
移植时，MaxDO不得不抛弃中国企业的业务规则类ChineseTax和ChineseBonus， 然后为美国企业新建两个业务规则类: AmericanTax,AmericanBonus。最后修改了业务规则调用Calculator类。
结果我们发现：每当Softo系统移植的时候，就抛弃原来的类。现在，如果中国联想集团要购买该系统，我们不得不再次抛弃AmericanTax,AmericanBonus，修改回原来的业务规则。
一个可以立即想到的做法就是在系统中保留所有业务规则模型，即保留中国和美国企业工资运算规则。
通过保留中国企业和美国企业的业务规则模型，如果该系统在美国企业和中国企业之间切换时，我们仅仅需要修改Caculator类即可。
让移植工作更简单
前面系统的整合问题在于：当系统在客户在美国和中国企业间切换时仍然需要修改Caculator代码。
一个维护性良好的系统应该遵循“开闭原则”。即：封闭对原来代码的修改，开放对原来代码的扩展（如类的继承，接口的实现）
我们发现不论是中国企业还是美国企业，他们的业务运规则都采用同样的计算接口。 于是很自然地想到建立两个业务接口类Tax，Bonus，然后让AmericanTax、AmericanBonus和ChineseTax、ChineseBonus分别实现这两个接口， 据此修正后的模型如下：
此时客户端代码如下：
2
using System;3
4
namespace InterfaceSalary5
{6
/// <summary>7
/// 客户端程序调用8
/// </summary>9
public class Calculator 10
{11
public static void Main(string[] args) 12
{13
Bonus bonus = new ChineseBonus();14
double bonusValue = bonus.Calculate();15
16
Tax tax = new ChineseTax();17
double taxValue = tax.Calculate();18
19
double salary = 4000 + bonusValue - taxValue; 20
21
Console.WriteLine("Chinaese Salary is：" + salary);22
Console.ReadLine();23
}24
}25
}26
为业务规则增加工厂方法
然而，上面增加的接口几乎没有解决任何问题，因为当系统的客户在美国和中国企业间切换时Caculator代码仍然需要修改。
只不过修改少了两处，但是仍然需要修改ChineseBonus,ChineseTax部分。致命的问题是：我们需要将这个移植工作转包给一个叫Hippo的软件公司。 由于版权问题，我们并未提供Softo系统的源码给Hippo公司，因此Hippo公司根本无法修改Calculator，导致实际上移植工作无法进行。
为此，我们考虑增加一个工具类(命名为Factory)，代码如下：
using System;2
3
namespace FactorySalary4
{5
/// <summary>6
/// Factory类7
/// </summary>8
public class Factory9
{10
public Tax CreateTax()11
{12
return new ChineseTax();13
}14
15
public Bonus CreateBonus()16
{17
return new ChineseBonus();18
}19
}20
}21
修改后的客户端代码：
2
using System;3
4
namespace FactorySalary5
{6
/// <summary>7
/// 客户端程序调用8
/// </summary>9
public class Calculator 10
{11
public static void Main(string[] args) 12
{13
Bonus bonus = new Factory().CreateBonus();14
double bonusValue = bonus.Calculate();15
16
Tax tax = new Factory().CreateTax();17
double taxValue = tax.Calculate();18
19
double salary = 4000 + bonusValue - taxValue; 20
21
Console.WriteLine("Chinaese Salary is：" + salary);22
Console.ReadLine();23
}24
}25
}26
不错，我们解决了一个大问题，设想一下：当该系统从中国企业移植到美国企业时，我们现在需要做什么？
答案是: 对于Caculator类我们什么也不用做。我们需要做的是修改Factory类，修改结果如下：
using System;2
3
namespace FactorySalary4
{5
/// <summary>6
/// Factory类7
/// </summary>8
public class Factory9
{10
public Tax CreateTax()11
{12
return new AmericanTax();13
}14
15
public Bonus CreateBonus()16
{17
return new AmericanBonus();18
}19
}20
}21
为系统增加抽象工厂方法
很显然，前面的解决方案带来了一个副作用：就是系统不但增加了新的类Factory，而且当系统移植时，移植工作仅仅是转移到Factory类上，工作量并没有任何缩减，而且还是要修改系统的源码。 从Factory类在系统移植时修改的内容我们可以看出: 实际上它是专属于美国企业或者中国企业的。名称上应该叫AmericanFactory,ChineseFactory更合适.
解决方案是增加一个抽象工厂类AbstractFactory，增加一个静态方法，该方法根据一个配置文件(App.config或者Web.config) 一个项(比如factoryName)动态地判断应该实例化哪个工厂类，这样，我们就把移植工作转移到了对配置文件的修改。修改后的模型和代码：
抽象工厂类的代码如下：
using System;2
using System.Reflection;3
4
namespace AbstractFactory5
{6
/// <summary>7
/// AbstractFactory类8
/// </summary>9
public abstract class AbstractFactory10
{11
public static AbstractFactory GetInstance()12
{13
string factoryName = Constant.STR_FACTORYNAME.ToString();14
15
AbstractFactory instance;16
17
if(factoryName == "ChineseFactory")18
instance = new ChineseFactory();19
else if(factoryName == "AmericanFactory")20
instance = new AmericanFactory();21
else22
instance = null;23
24
return instance;25
}26
27
public abstract Tax CreateTax();28
29
public abstract Bonus CreateBonus();30
}31
}配置文件：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>2
<configuration>3
<appSettings>4
<add key="factoryName" value="AmericanFactory"></add>5
</appSettings>6
</configuration>7
采用上面的解决方案，当系统在美国企业和中国企业之间切换时，我们需要做什么移植工作？
答案是: 我们仅仅需要修改配置文件，将factoryName的值改为American。
修改配置文件的工作很简单，只要写一篇幅配置文档说明书提供给移植该系统的团队(比如Hippo公司) 就可以方便地切换使该系统运行在美国或中国企业。
最后的修正（不是最终方案）
前面的解决方案几乎很完美，但是还有一点瑕疵，瑕疵虽小，但可能是致命的。
考虑一下，现在日本NEC公司决定购买该系统，NEC公司的工资的运算规则遵守的是日本的法律。如果采用上面的系统构架，这个移植我们要做哪些工作呢?
1. 增加新的业务规则类JapaneseTax,JapaneseBonus分别实现Tax和Bonus接口。
2. 修改AbstractFactory的getInstance方法，增加else if(factoryName.equals("Japanese")){....
注意: 系统中增加业务规则类不是模式所能解决的，无论采用什么设计模式，JapaneseTax,JapaneseBonus总是少不了的。（即增加了新系列产品）
我们真正不能接受的是：我们仍然修要修改系统中原来的类(AbstractFactory)。前面提到过该系统的移植工作，我们可能转包给一个叫Hippo的软件公司。 为了维护版权，未将该系统的源码提供给Hippo公司，那么Hippo公司根本无法修改AbstractFactory，所以系统移植其实无从谈起，或者说系统移植总要开发人员亲自参与。
解决方案是将抽象工厂类中的条件判断语句，用.NET中发射机制代替，修改如下：
using System;2
using System.Reflection;3
4
namespace AbstractFactory5
{6
/// <summary>7
/// AbstractFactory类8
/// </summary>9
public abstract class AbstractFactory10
{11
public static AbstractFactory GetInstance()12
{13
string factoryName = Constant.STR_FACTORYNAME.ToString();14
15
AbstractFactory instance;16
17
if(factoryName != "")18
instance = (AbstractFactory)Assembly.Load(factoryName).CreateInstance(factoryName);19
else20
instance = null;21
22
return instance;23
}24
25
public abstract Tax CreateTax();26
27
public abstract Bonus CreateBonus();28
}29
}30
这样，在我们编写的代码中就不会出现Chinese，American，Japanese等这样的字眼了。
小结
最后那幅图是最终版的系统模型图。我们发现作为客户端角色的Calculator仅仅依赖抽象类， 它不必去理解中国和美国企业具体的业务规则如何实现，Calculator面对的仅仅是业务规则接口Tax和Bonus。
Softo系统的实际开发的分工可能是一个团队专门做业务规则，另一个团队专门做前端的业务规则组装。 抽象工厂模式有助于这样的团队的分工: 两个团队通讯的约定是业务接口，由抽象工厂作为纽带粘合业务规则和前段调用，大大降低了模块间的耦合性，提高了团队开发效率。
完完全全地理解抽象工厂模式的意义非常重大，可以说对它的理解是你对OOP理解上升到一个新的里程碑的重要标志。 学会了用抽象工厂模式编写框架类，你将理解OOP的精华:面向接口编程.。
应对“新对象”
抽象工厂模式主要在于应对“新系列”的需求变化。其缺点在于难于应付“新对象”的需求变动。如果在开发中出现了新对象，该如何去解决呢？这个问题并没有一个好的答案，下面我们看一下李建忠老师的回答：
“GOF《设计模式》中提出过一种解决方法，即给创建对象的操作增加参数，但这种做法并不能令人满意。事实上，对于新系列加新对象，就我所知，目前还没有完美的做法，只有一些演化的思路，这种变化实在是太剧烈了，因为系统对于新的对象是完全陌生的。”
实现要点
l 抽象工厂将产品对象的创建延迟到它的具体工厂的子类。
l 如果没有应对“多系列对象创建”的需求变化，则没有必要使用抽象工厂模式，这时候使用简单的静态工厂完全可以。
l 系列对象指的是这些对象之间有相互依赖、或作用的关系，例如游戏开发场景中的“道路”与“房屋”的依赖，“道路”与“地道”的依赖。
l 抽象工厂模式经常和工厂方法模式共同组合来应对“对象创建”的需求变化。
l 通常在运行时刻创建一个具体工厂类的实例，这一具体工厂的创建具有特定实现的产品对象，为创建不同的产品对象，客户应使用不同的具体工厂。
l 把工厂作为单件，一个应用中一般每个产品系列只需一个具体工厂的实例，因此，工厂通常最好实现为一个单件模式。
l 创
建产品，抽象工厂仅声明一个创建产品的接口，真正创建产品是由具体产品类创建的，最通常的一个办法是为每一个产品定义一个工厂方法，一个具体的工厂将为每
个产品重定义该工厂方法以指定产品，虽然这样的实现很简单，但它确要求每个产品系列都要有一个新的具体工厂子类，即使这些产品系列的差别很小。
优点
l 分离了具体的类。抽象工厂模式帮助你控制一个应用创建的对象的类，因为一个工厂封装创建产品对象的责任和过程。它将客户和类的实现分离，客户通过他们的抽象接口操纵实例，产品的类名也在具体工厂的实现中被分离，它们不出现在客户代码中。
l 它使得易于交换产品系列。一个具体工厂类在一个应用中仅出现一次——即在它初始化的时候。这使得改变一个应用的具体工厂变得很容易。它只需改变具体的工厂即可使用不同的产品配置，这是因为一个抽象工厂创建了一个完整的产品系列，所以整个产品系列会立刻改变。
l 它有利于产品的一致性。当一个系列的产品对象被设计成一起工作时，一个应用一次只能使用同一个系列中的对象，这一点很重要，而抽象工厂很容易实现这一点。
缺点
l 难以支持新种类的产品。难以扩展抽象工厂以生产新种类的产品。这是因为抽象工厂几口确定了可以被创建的产品集合，支持新种类的产品就需要扩展该工厂接口，这将涉及抽象工厂类及其所有子类的改变。
适用性
在以下情况下应当考虑使用抽象工厂模式：
l 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，这对于所有形态的工厂模式都是重要的。
l 这个系统有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一产品族。
l 同属于同一个产品族的产品是在一起使用的，这一约束必须在系统的设计中体现出来。
l 系统提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于实现。
应用场景
l 支持多种观感标准的用户界面工具箱（Kit）。
l 游戏开发中的多风格系列场景，比如道路，房屋，管道等。
l ……
总结
总之，抽象工厂模式提供了一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，运用抽象工厂模式的关键点在于应对“多系列对象创建”的需求变化。一句话，学会了抽象工厂模式，你将理解OOP的精华：面向接口编程。
源程序下载：/Files/Terrylee/AbstractFactory.rar
参考文献
http://blog.dreambrook.com
《Java与模式》
《设计模式》
《Design Patterns Explained》
出处：http://www.cnblogs.com/yangtongnet/
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