抽象工廠模式（轉(zhuǎn)）

2019-11-15 00:38:15

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供稿：網(wǎng)友

抽象工廠模式（轉(zhuǎn)）這篇博文寫的很好，學(xué)習(xí)到了很多。本文轉(zhuǎn)載自http://m.survivalescaperooms.com/java-my-life/archive/2012/03/28/2418836.html場(chǎng)景問(wèn)題

　　舉個(gè)生活中常見的例子——組裝電腦，我們?cè)诮M裝電腦的時(shí)候，通常需要選擇一系列的配件，比如CPU、硬盤、內(nèi)存、主板、電源、機(jī)箱等。為討論使用簡(jiǎn)單點(diǎn)，只考慮選擇CPU和主板的問(wèn)題。

　　事實(shí)上，在選擇CPU的時(shí)候，面臨一系列的問(wèn)題，比如品牌、型號(hào)、針腳數(shù)目、主頻等問(wèn)題，只有把這些問(wèn)題都確定下來(lái)，才能確定具體的CPU。

　　同樣，在選擇主板的時(shí)候，也有一系列問(wèn)題，比如品牌、芯片組、集成芯片、總線頻率等問(wèn)題，也只有這些都確定了，才能確定具體的主板。

　　選擇不同的CPU和主板，是每個(gè)客戶在組裝電腦的時(shí)候，向裝機(jī)公司提出的要求，也就是我們每個(gè)人自己擬定的裝機(jī)方案。

　　在最終確定這個(gè)裝機(jī)方案之前，還需要整體考慮各個(gè)配件之間的兼容性。比如：CPU和主板，如果使用Intel的CPU和AMD的主板是根本無(wú)法組裝的。因?yàn)镮ntel的CPU針腳數(shù)與AMD主板提供的CPU插口不兼容，就是說(shuō)如果使用Intel的CPU根本就插不到AMD的主板中，所以裝機(jī)方案是整體性的，里面選擇的各個(gè)配件之間是有關(guān)聯(lián)的。

　　對(duì)于裝機(jī)工程師而言，他只知道組裝一臺(tái)電腦，需要相應(yīng)的配件，但是具體使用什么樣的配件，還得由客戶說(shuō)了算。也就是說(shuō)裝機(jī)工程師只是負(fù)責(zé)組裝，而客戶負(fù)責(zé)選擇裝配所需要的具體的配件。因此，當(dāng)裝機(jī)工程師為不同的客戶組裝電腦時(shí)，只需要根據(jù)客戶的裝機(jī)方案，去獲取相應(yīng)的配件，然后組裝即可。

使用簡(jiǎn)單工廠模式的解決方案

　　考慮客戶的功能，需要選擇自己需要的CPU和主板，然后告訴裝機(jī)工程師自己的選擇，接下來(lái)就等著裝機(jī)工程師組裝電腦了。

　　對(duì)裝機(jī)工程師而言，只是知道CPU和主板的接口，而不知道具體實(shí)現(xiàn)，很明顯可以用上簡(jiǎn)單工廠模式或工廠方法模式。為了簡(jiǎn)單，這里選用簡(jiǎn)單工廠。客戶告訴裝機(jī)工程師自己的選擇，然后裝機(jī)工程師會(huì)通過(guò)相應(yīng)的工廠去獲取相應(yīng)的實(shí)例對(duì)象。

源代碼

CPU接口與具體實(shí)現(xiàn)

1 public interface Cpu {2     public void calculate();3 }

 1 public class IntelCpu implements Cpu { 2     /** 3      * CPU的針腳數(shù) 4      */ 5     PRivate int pins = 0; 6     public  IntelCpu(int pins){ 7         this.pins = pins; 8     } 9     @Override10     public void calculate() {11         // TODO Auto-generated method stub12         System.out.println("Intel CPU的針腳數(shù)：" + pins);13     }14 15 }

 1 public class AmdCpu implements Cpu { 2     /** 3      * CPU的針腳數(shù) 4      */ 5     private int pins = 0; 6     public  AmdCpu(int pins){ 7         this.pins = pins; 8     } 9     @Override10     public void calculate() {11         // TODO Auto-generated method stub12         System.out.println("AMD CPU的針腳數(shù)：" + pins);13     }14 }

主板接口與具體實(shí)現(xiàn)

1 public interface Mainboard {2     public void installCPU();3 }

 1 public class IntelMainboard implements Mainboard { 2     /** 3      * CPU插槽的孔數(shù) 4      */ 5     private int cpuHoles = 0; 6     /** 7      * 構(gòu)造方法，傳入CPU插槽的孔數(shù) 8      * @param cpuHoles 9      */10     public IntelMainboard(int cpuHoles){11         this.cpuHoles = cpuHoles;12     }13     @Override14     public void installCPU() {15         // TODO Auto-generated method stub16         System.out.println("Intel主板的CPU插槽孔數(shù)是：" + cpuHoles);17     }18 19 }

 1 public class AmdMainboard implements Mainboard { 2     /** 3      * CPU插槽的孔數(shù) 4      */ 5     private int cpuHoles = 0; 6     /** 7      * 構(gòu)造方法，傳入CPU插槽的孔數(shù) 8      * @param cpuHoles 9      */10     public AmdMainboard(int cpuHoles){11         this.cpuHoles = cpuHoles;12     }13     @Override14     public void installCPU() {15         // TODO Auto-generated method stub16         System.out.println("AMD主板的CPU插槽孔數(shù)是：" + cpuHoles);17     }18 }

CPU與主板工廠類

 1 public class CpuFactory { 2     public static Cpu createCpu(int type){ 3         Cpu cpu = null; 4         if(type == 1){ 5             cpu = new IntelCpu(755); 6         }else if(type == 2){ 7             cpu = new AmdCpu(938); 8         } 9         return cpu;10     }11 }

 1 public class MainboardFactory { 2     public static Mainboard createMainboard(int type){ 3         Mainboard mainboard = null; 4         if(type == 1){ 5             mainboard = new IntelMainboard(755); 6         }else if(type == 2){ 7             mainboard = new AmdMainboard(938); 8         } 9         return mainboard;10     }11 }

裝機(jī)工程師類與客戶類運(yùn)行結(jié)果如下：

 1 public class ComputerEngineer { 2     /** 3      * 定義組裝機(jī)需要的CPU 4      */ 5     private Cpu cpu = null; 6     /** 7      * 定義組裝機(jī)需要的主板 8      */ 9     private Mainboard mainboard = null;10     public void makeComputer(int cpuType , int mainboard){11         /**12          * 組裝機(jī)器的基本步驟13          */14         //1:首先準(zhǔn)備好裝機(jī)所需要的配件15         prepareHardwares(cpuType, mainboard);16         //2:組裝機(jī)器17         //3:測(cè)試機(jī)器18         //4：交付客戶19     }20     private void prepareHardwares(int cpuType , int mainboard){21         //這里要去準(zhǔn)備CPU和主板的具體實(shí)現(xiàn)，為了示例簡(jiǎn)單，這里只準(zhǔn)備這兩個(gè)22         //可是，裝機(jī)工程師并不知道如何去創(chuàng)建，怎么辦呢？23         24         //直接找相應(yīng)的工廠獲取25         this.cpu = CpuFactory.createCpu(cpuType);26         this.mainboard = MainboardFactory.createMainboard(mainboard);27         28         //測(cè)試配件是否好用29         this.cpu.calculate();30         this.mainboard.installCPU();31     }32 }

1 public class Client {2     public static void main(String[]args){3         ComputerEngineer cf = new ComputerEngineer();4         cf.makeComputer(1,1);5     }6 }

運(yùn)行結(jié)果如下:

上面的實(shí)現(xiàn)，雖然通過(guò)簡(jiǎn)單工廠方法解決了：對(duì)于裝機(jī)工程師，只知CPU和主板的接口，而不知道具體實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。但還有一個(gè)問(wèn)題沒有解決，那就是這些CPU對(duì)象和主板對(duì)象其實(shí)是有關(guān)系的，需要相互匹配的。而上面的實(shí)現(xiàn)中，并沒有維護(hù)這種關(guān)聯(lián)關(guān)系，CPU和主板是由客戶任意選擇，這是有問(wèn)題的。比如在客戶端調(diào)用makeComputer時(shí)，傳入?yún)?shù)為(1,2)，運(yùn)行結(jié)果如下：

觀察上面結(jié)果就會(huì)看出問(wèn)題。客戶選擇的是Intel的CPU針腳數(shù)為755，而選擇的主板是AMD，主板上的CPU插孔是938，根本無(wú)法組裝，這就是沒有維護(hù)配件之間的關(guān)系造成的。該怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？

引進(jìn)抽象工廠模式

　　每一個(gè)模式都是針對(duì)一定問(wèn)題的解決方案。抽象工廠模式與工廠方法模式的最大區(qū)別就在于，工廠方法模式針對(duì)的是一個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)；而抽象工廠模式則需要面對(duì)多個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)。

　　在學(xué)習(xí)抽象工廠具體實(shí)例之前，應(yīng)該明白兩個(gè)重要的概念：產(chǎn)品族和產(chǎn)品等級(jí)。

　　所謂產(chǎn)品族，是指位于不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中，功能相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品組成的家族。比如AMD的主板、芯片組、CPU組成一個(gè)家族，Intel的主板、芯片組、CPU組成一個(gè)家族。而這兩個(gè)家族都來(lái)自于三個(gè)產(chǎn)品等級(jí)：主板、芯片組、CPU。一個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu)是由相同的結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品組成，示意圖如下：

顯然，每一個(gè)產(chǎn)品族中含有產(chǎn)品的數(shù)目，與產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)目是相等的。產(chǎn)品的等級(jí)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品族將產(chǎn)品按照不同方向劃分，形成一個(gè)二維的坐標(biāo)系。橫軸表示產(chǎn)品的等級(jí)結(jié)構(gòu)，縱軸表示產(chǎn)品族，上圖共有兩個(gè)產(chǎn)品族，分布于三個(gè)不同的產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中。只要指明一個(gè)產(chǎn)品所處的產(chǎn)品族以及它所屬的等級(jí)結(jié)構(gòu)，就可以唯一的確定這個(gè)產(chǎn)品。

上面所給出的三個(gè)不同的等級(jí)結(jié)構(gòu)具有平行的結(jié)構(gòu)。因此，如果采用工廠方法模式，就勢(shì)必要使用三個(gè)獨(dú)立的工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)付這三個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)。由于這三個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的相似性，會(huì)導(dǎo)致三個(gè)平行的工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)。隨著產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)目的增加，工廠方法模式所給出的工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)目也會(huì)隨之增加。如下圖：

那么，是否可以使用同一個(gè)工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)付這些相同或者極為相似的產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)呢？當(dāng)然可以的，而且這就是抽象工廠模式的好處。同一個(gè)工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)三個(gè)不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中的產(chǎn)品對(duì)象的創(chuàng)建。

可以看出，一個(gè)工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)建出分屬于不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的一個(gè)產(chǎn)品族中的所有對(duì)象。顯然，這時(shí)候抽象工廠模式比簡(jiǎn)單工廠模式、工廠方法模式更有效率。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)產(chǎn)品族都有一個(gè)具體工廠。而每一個(gè)具體工廠負(fù)責(zé)創(chuàng)建屬于同一個(gè)產(chǎn)品族，但是分屬于不同等級(jí)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。

抽象工廠模式結(jié)構(gòu)

　　抽象工廠模式是對(duì)象的創(chuàng)建模式，它是工廠方法模式的進(jìn)一步推廣。

　　假設(shè)一個(gè)子系統(tǒng)需要一些產(chǎn)品對(duì)象，而這些產(chǎn)品又屬于一個(gè)以上的產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)。那么為了將消費(fèi)這些產(chǎn)品對(duì)象的責(zé)任和創(chuàng)建這些產(chǎn)品對(duì)象的責(zé)任分割開來(lái)，可以引進(jìn)抽象工廠模式。這樣的話，消費(fèi)產(chǎn)品的一方不需要直接參與產(chǎn)品的創(chuàng)建工作，而只需要向一個(gè)公用的工廠接口請(qǐng)求所需要的產(chǎn)品。

　　通過(guò)使用抽象工廠模式，可以處理具有相同（或者相似）等級(jí)結(jié)構(gòu)中的多個(gè)產(chǎn)品族中的產(chǎn)品對(duì)象的創(chuàng)建問(wèn)題。如下圖所示：

由于這兩個(gè)產(chǎn)品族的等級(jí)結(jié)構(gòu)相同，因此使用同一個(gè)工廠族也可以處理這兩個(gè)產(chǎn)品族的創(chuàng)建問(wèn)題，這就是抽象工廠模式。根據(jù)產(chǎn)品角色的結(jié)構(gòu)圖，就不難給出工廠角色的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

可以看出，每一個(gè)工廠角色都有兩個(gè)工廠方法，分別負(fù)責(zé)創(chuàng)建分屬不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品對(duì)象。

源代碼

　　前面示例實(shí)現(xiàn)的CPU接口和CPU實(shí)現(xiàn)對(duì)象，主板接口和主板實(shí)現(xiàn)對(duì)象，都不需要變化。

　　前面示例中創(chuàng)建CPU的簡(jiǎn)單工廠和創(chuàng)建主板的簡(jiǎn)單工廠，都不再需要。

　　新加入的抽象工廠類和實(shí)現(xiàn)類：

 1 public interface AbstractFactory { 2     /** 3      * 創(chuàng)建CPU對(duì)象 4      * @return CPU對(duì)象 5      */ 6     public Cpu createCpu(); 7     /** 8      * 創(chuàng)建主板對(duì)象 9      * @return 主板對(duì)象10      */11     public Mainboard createMainboard();12 }

 1 public class IntelFactory implements AbstractFactory { 2  3     @Override 4     public Cpu createCpu() { 5         // TODO Auto-generated method stub 6         return new IntelCpu(755); 7     } 8  9     @Override10     public Mainboard createMainboard() {11         // TODO Auto-generated method stub12         return new IntelMainboard(755);13     }14 15 }

 1 public class AmdFactory implements AbstractFactory { 2  3     @Override 4     public Cpu createCpu() { 5         // TODO Auto-generated method stub 6         return new IntelCpu(938); 7     } 8  9     @Override10     public Mainboard createMainboard() {11         // TODO Auto-generated method stub12         return new IntelMainboard(938);13     }14 15 }

裝機(jī)工程師類跟前面的實(shí)現(xiàn)相比，主要的變化是：從客戶端不再傳入選擇CPU和主板的參數(shù)，而是直接傳入客戶已經(jīng)選擇好的產(chǎn)品對(duì)象。這樣就避免了單獨(dú)去選擇CPU和主板所帶來(lái)的兼容性問(wèn)題，客戶要選就是一套，就是一個(gè)系列。

 1 public class ComputerEngineer { 2     /** 3      * 定義組裝機(jī)需要的CPU 4      */ 5     private Cpu cpu = null; 6     /** 7      * 定義組裝機(jī)需要的主板 8      */ 9     private Mainboard mainboard = null;10     public void makeComputer(AbstractFactory af){11         /**12          * 組裝機(jī)器的基本步驟13          */14         //1:首先準(zhǔn)備好裝機(jī)所需要的配件15         prepareHardwares(af);16         //2:組裝機(jī)器17         //3:測(cè)試機(jī)器18         //4：交付客戶19     }20     private void prepareHardwares(AbstractFactory af){21         //這里要去準(zhǔn)備CPU和主板的具體實(shí)現(xiàn)，為了示例簡(jiǎn)單，這里只準(zhǔn)備這兩個(gè)22         //可是，裝機(jī)工程師并不知道如何去創(chuàng)建，怎么辦呢？23         24         //直接找相應(yīng)的工廠獲取25         this.cpu = af.createCpu();26         this.mainboard = af.createMainboard();27         28         //測(cè)試配件是否好用29         this.cpu.calculate();30         this.mainboard.installCPU();31     }32 }

客戶端代碼：

 1 public class Client { 2     public static void main(String[]args){ 3         //創(chuàng)建裝機(jī)工程師對(duì)象 4         ComputerEngineer cf = new ComputerEngineer(); 5         //客戶選擇并創(chuàng)建需要使用的產(chǎn)品對(duì)象 6         AbstractFactory af = new IntelFactory(); 7         //告訴裝機(jī)工程師自己選擇的產(chǎn)品，讓裝機(jī)工程師組裝電腦 8         cf.makeComputer(af); 9     }10 }

抽象工廠的功能是為一系列相關(guān)對(duì)象或相互依賴的對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)接口。一定要注意，這個(gè)接口內(nèi)的方法不是任意堆砌的，而是一系列相關(guān)或相互依賴的方法。比如上面例子中的主板和CPU，都是為了組裝一臺(tái)電腦的相關(guān)對(duì)象。不同的裝機(jī)方案，代表一種具體的電腦系列。

由于抽象工廠定義的一系列對(duì)象通常是相關(guān)或相互依賴的，這些產(chǎn)品對(duì)象就構(gòu)成了一個(gè)產(chǎn)品族，也就是抽象工廠定義了一個(gè)產(chǎn)品族。

這就帶來(lái)非常大的靈活性，切換產(chǎn)品族的時(shí)候，只要提供不同的抽象工廠實(shí)現(xiàn)就可以了，也就是說(shuō)現(xiàn)在是以一個(gè)產(chǎn)品族作為一個(gè)整體被切換。

在什么情況下應(yīng)當(dāng)使用抽象工廠模式

　　1.一個(gè)系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)依賴于產(chǎn)品類實(shí)例如何被創(chuàng)建、組合和表達(dá)的細(xì)節(jié)，這對(duì)于所有形態(tài)的工廠模式都是重要的。

　　2.這個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)品有多于一個(gè)的產(chǎn)品族，而系統(tǒng)只消費(fèi)其中某一族的產(chǎn)品。

　　3.同屬于同一個(gè)產(chǎn)品族的產(chǎn)品是在一起使用的，這一約束必須在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來(lái)。（比如：Intel主板必須使用Intel CPU、Intel芯片組）

　　4.系統(tǒng)提供一個(gè)產(chǎn)品類的庫(kù)，所有的產(chǎn)品以同樣的接口出現(xiàn)，從而使客戶端不依賴于實(shí)現(xiàn)。

抽象工廠模式的起源

　　抽象工廠模式的起源或者最早的應(yīng)用，是用于創(chuàng)建分屬于不同操作系統(tǒng)的視窗構(gòu)建。比如：命令按鍵（Button）與文字框（Text)都是視窗構(gòu)建，在UNIX操作系統(tǒng)的視窗環(huán)境和Windows操作系統(tǒng)的視窗環(huán)境中，這兩個(gè)構(gòu)建有不同的本地實(shí)現(xiàn)，它們的細(xì)節(jié)有所不同。

　　在每一個(gè)操作系統(tǒng)中，都有一個(gè)視窗構(gòu)建組成的構(gòu)建家族。在這里就是Button和Text組成的產(chǎn)品族。而每一個(gè)視窗構(gòu)件都構(gòu)成自己的等級(jí)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)抽象角色給出抽象的功能描述，而由具體子類給出不同操作系統(tǒng)下的具體實(shí)現(xiàn)。

可以發(fā)現(xiàn)在上面的產(chǎn)品類圖中，有兩個(gè)產(chǎn)品的等級(jí)結(jié)構(gòu)，分別是Button等級(jí)結(jié)構(gòu)和Text等級(jí)結(jié)構(gòu)。同時(shí)有兩個(gè)產(chǎn)品族，也就是UNIX產(chǎn)品族和Windows產(chǎn)品族。UNIX產(chǎn)品族由UNIX Button和UNIX Text產(chǎn)品構(gòu)成；而Windows產(chǎn)品族由Windows Button和Windows Text產(chǎn)品構(gòu)成。

系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品對(duì)象的創(chuàng)建需求由一個(gè)工程的等級(jí)結(jié)構(gòu)滿足，其中有兩個(gè)具體工程角色，即UnixFactory和WindowsFactory。UnixFactory對(duì)象負(fù)責(zé)創(chuàng)建Unix產(chǎn)品族中的產(chǎn)品，而WindowsFactory對(duì)象負(fù)責(zé)創(chuàng)建Windows產(chǎn)品族中的產(chǎn)品。這就是抽象工廠模式的應(yīng)用，抽象工廠模式的解決方案如下圖：