CH03-创建型-抽象工厂

模式动机

  • 在工厂方法模式中，具体工厂负责生成具体的产品，每个具体工厂对应一个具体产品，工厂方法也具有唯一性，一般情况下，一个具体工厂中只有一个工厂方法或一组重载的工厂方法。但是有些时候我们需要一个工厂能够提供多个产品对象，而不是一个单一的产品对象。

    为了清晰理解工厂方法模式，需要知道两个概念：

    1. 产品等级结构：产品等级结构即产品的继承结构（如一个抽象类是电视机，其子类有：海尔、海信、TCL等，抽象电视机与对应品牌的电视机即构成了产品等级结构）。
    2. 产品族：在抽象工厂模式中，产品族是指由一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。如海尔电器工厂生产的电视机、电冰箱，海尔电视机位于电视机产品等级结构中，海尔电冰箱位于电冰箱产品等级结构中。

  • 当系统提供的工厂需要生产的具体产品并不是一个简单的对象，而是多个位于不同产品等级结构中、属于不同类型的具体产品时，需要使用抽象工厂模式。

  • 该模式是所有形式的工厂模式中最为抽象和最具一般性的形态。

  • 抽象工厂模式与工厂方法模式最大的区别在于：工厂方法模式针对的是一个产品等级结构，而抽象工厂模式需要面对多个产品等级结构，一个工厂等级结构，可以负责多个不同产品等级结构中的产品对象的创建。当一个工厂等级结构(海尔电器工厂)，可以创建出分属不同产品等级结构的 一个产品族中的所有对象(电视机、电冰箱)时，抽象工厂模式比工厂方法模式更有效率。

模式定义

抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)：提供一个 创建一系列相关或相互依赖对象 的接口，而无需指定他们的具体类。又称为 Kit 模式。

模式结构

包含如下角色：

  • AbstractFactory：抽象工厂
  • ConcreteFactory：具体工厂
  • AbstractProduct：抽象产品
  • Product：具体产品

类图

NAME

解释：

  • AbstractFactory 可以理解为 电器工厂；
  • ConcreteFactory1 可以理解为 海尔电器工厂；
  • ConcreteFactory2 可以理解为 格力电器工厂；
  • AbstractProductA 理解为产品 电视机；
  • AbstractProductB 理解为产品 电冰箱；
  • ProductA1 则为 海尔牌电视机；
  • ProductA2 则为 格力牌电视机；
  • ProductB1 则为 海尔牌电冰箱；
  • ProductB2 则为 格力牌电视机；

因此，海尔电器工厂 可以生产 海尔牌的电视机和电冰箱，同理格力电器工厂。这样，产品等级结构(电视机、电冰箱)和产品族(海尔牌、格力牌)通过两种维度实现对产品的建模。

时序图

NAME

优点

  • 抽象工厂模式隔离了具体类的生产，使得客户端并不知道什么被创建。由于这种隔离，更换一个具体工厂就变得相对容易。所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的那些公共接口，因此只需改变具体工厂的实例，就可以从某种程度上改变整个系统的行为。同时该模式可以实现高内聚低耦合的实际目的，因此该模式被广泛应用。
  • 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能够保证客户端始终只使用一个产品族中的对象。这对一些需要根据当前环境来决定其行为的软件系统来说，是一种非常实用的设计模式。
  • 增加新的具体工厂和产品族非常方便，无需修改已有系统，符合开闭原则。

缺点

  • 在添加新的产品对象时，难以扩展抽象工厂来生产新种类的产品，这是因为在抽象工厂角色中规定了所有可能被创建的产品集合，要支持新种类的产品就要对该接口进行扩展，这会涉及到对抽象工厂角色及其所有子类进行修改，会带来较大不便。
  • 开闭原则的倾斜性，增加新的工厂和产品族容易，增加新的产品等级结构麻烦。

适用场景

  • 当一个系统不需要依赖于产品类实例如何被创建、组合、表达的细节，这对于所有形式的工厂模式都是重要的。
  • 系统中有多于一个的产品族，而每次只适用其中一个产品族。
  • 属于同一个产品族的产品将在一起使用，这一约束必须在系统的设计中体现出来。
  • 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。

模式应用

比如一些软件系统中需要更换系统主题，要求界面中的按钮、文本框、背景等一起发生改变时，就可以使用该模式。比如：按钮元素的不同形式构成一个产品等级结构，不同元素的同一主题形式构成一个产品族。

模式扩展

开闭原则的倾斜性：

  • 开闭原则要求对系统扩展开发，对修改关闭，通过扩展达到增强其功能的目的。对于涉及到多个产品族与多个产品等级结构的系统，其功能增强则包括两方面：
    1. 增加产品族：对于增加新的产品族，本模式很好的支持了开闭原则，只需要增加一个新的具体工厂即可，对已有代码无需做任何修改；
    2. 增加产品等级结构：对于增加新的产品等级结构，需要修改所有的工厂角色，包括抽象工厂类，在所有的工厂类中都需要增加生成新产品的方法，不能很好的支持开闭原则。
  • 抽象工厂模式的这种性质称为开闭原则的倾斜性，该模式以一种倾斜的方式来支持增加新的产品，为新产品族的增加提供方便，但不能为新的产品等级结构增加提供方便。

工厂模式退化：

  • 当抽象工厂模式中每一个具体工厂类只创建一个产品对象，也就是只存在一个产品等级结构时，该模式也就退化成了工厂方法模式；
  • 当工厂方法模式中抽象工厂与具体工厂合并，提供一个统一的工厂来创建产品对象，并将创建产品的方法设计为静态方法时，工厂方法模式退化成简单工厂模式。

总结

  • 该模式提供了一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们的具体类。
  • 包含四种角色。
  • 是所有形式的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形态。
  • 主要优点是隔离了具体类的生成，使得客户端不知道什么被创建。
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