Java设计模式 | 抽象工厂模式

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抽象工厂模式

工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如幼儿园只培养小朋友，鞋厂只生产鞋子。
这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，即工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂都是综合型工厂，可以生产多等级（种类）的产品，如大学既有软件工程专业，也有汉语言文学专业等。
抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，将一个具体工厂所生产的位于不同等级的一系列产品称为一个产品族。如下图，横轴是产品等级，也就是一类产品，纵轴是产品族，表示同一品牌的产品，同一品牌的产品产自同一工厂。

是什么

抽象工厂模式就是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无需指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。（抽象工厂模式可以确保一系列相关的产品被一起创建，这些产品能够相互配合使用）
抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级（种类）的产品。

结构

抽象工厂的主要角色如下：

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（Abstract 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（Concrete Product）：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

实现

咖啡店业务发生发生变化，不仅要生产咖啡，还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等。如果按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸的情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏和抹茶慕斯也是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（都属于意大利风味）；美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（都是美式风味）。可以使用抽象工厂模式实现：
实现抽象⼯⼚模式，一般需要遵循以下步骤：

定义抽象产品接⼝（可以有多个），接⼝中声明产品的公共⽅法。
实现具体产品类，在类中实现抽象产品接⼝中的⽅法。
定义抽象⼯⼚接⼝，声明⼀组⽤于创建产品的⽅法。
实现具体⼯⼚类，分别实现抽象⼯⼚接⼝中的⽅法，每个⽅法负责创建⼀组相关的产品。
在客户端中使⽤抽象⼯⼚和抽象产品，⽽不直接使⽤具体产品的类名。

抽象工厂：

public interface DessertFactory {

    // 生产咖啡的功能
    Coffee createCoffee();

    // 生产甜点的功能
    Dessert createDessert();
}

具体工厂（美式风味甜品工厂）：

public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory{
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}

具体工厂（意大利式风味甜品工厂）：

public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new Trimisu();
    }
}

抽象产品（咖啡类）：

public abstract class Coffee {

    // 获取咖啡名
    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addSugar(){
        System.out.println("加糖");
    }

    // 加奶
    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

抽象产品（甜点类）：

public abstract class Dessert {

    public abstract void show();
}

具体产品（美式咖啡类）：

public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

具体产品（拿铁咖啡类）：

public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

具体产品（抹茶慕斯类）：

public class MatchaMousse extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }
}

具体产品（提拉米苏类）：

public class Trimisu extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏");
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建意大利风味的甜品工厂对象
//        DessertFactory dessertFactory = new ItalyDessertFactory();
        // 创建美式风味的甜品工厂对象
        DessertFactory dessertFactory = new AmericanDessertFactory();
        // 生产对应的咖啡和甜点
        Coffee coffee = dessertFactory.createCoffee();
        Dessert dessert = dessertFactory.createDessert();

        System.out.println(coffee.getName());
        dessert.show();
    }
}

总结

抽象工厂模式能够保证一系列相关产品一起使用，且在不改变客户端代码的情况下，可以方便的替换整个产品系列。但是需要增加新产品类时，除了要增加新的具体产品类，还需要修改抽象⼯⼚接⼝及其所有的具体⼯⼚类，扩展性相对较差。
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
方便替换整个产品系列

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关联或相互依赖的产品族时
系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一产品族
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

简单工厂、工厂方法和抽象工厂的区别

简单⼯⼚模式：⼀个⼯⼚⽅法创建所有具体产品
⼯⼚⽅法模式：⼀个⼯⼚⽅法创建⼀个具体产品
抽象⼯⼚模式：⼀个⼯⼚⽅法可以创建⼀类具体产品

模式扩展

简单工厂+配置文件解耦

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
配置文件bean.properties：

american=com.jmd.factory.configfactory.AmericanCoffee
latte=com.jmd.factory.configfactory.LatteCoffee

工厂类：

public class CoffeeFactory {

    // 加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名，并创建对象进行存储
    // 1 定义容器存储咖啡对象
    private static HashMap<String, Coffee> coffeeMap = new HashMap<>();

    // 2 加载配置文件，只需加载一次
    static {
        // 2.1 创建Properties对象
        Properties p = new Properties();
        // 2.2 加载配置文件load()
        InputStream rs = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        if (rs == null) {
            throw new RuntimeException("找不到配置文件");
        }
        try {
            p.load(rs);
            // 从p集合中获取全类名并创建对象
            for (Object key : p.keySet()) {
                // 2.3 获取全类名
                String className = p.getProperty((String) key);
                // 通过反射创建对象
                // 2.4 加载类
                Class clazz = Class.forName(className);
                // 2.5 创建对象
                Coffee coffee = (Coffee) clazz.newInstance();
                // 2.6 将对象存入容器
                coffeeMap.put((String) key, coffee);
           }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    // 根据名称获取对象
    public static Coffee createCoffee(String type) {
        return coffeeMap.get(type);
    }
}

抽象产品（咖啡类）：

public abstract class Coffee {

    // 获取咖啡名
    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addSugar(){
        System.out.println("加糖");
    }

    // 加奶
    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

具体产品（美式咖啡）：

public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

具体产品（拿铁咖啡）：

public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee coffee = CoffeeFactory.createCoffee("latte");
        System.out.println(coffee.getName());
        System.out.println("===========================");
        Coffee coffee2 = CoffeeFactory.createCoffee("american");
        System.out.println(coffee2.getName());
    }
}