创建产品族的方式——抽象工厂模式

前言

继续接 创建多个“产品”的方式——工厂方法模式总结。

现在又有了新的需求：果厂里新进了一批进口水果：进口香蕉，进口苹果，进口梨，同样的是需要采集水果，之前的程序只是对工厂进行了抽象，使得不同的产品对应各自的工厂，而产品仅是国内水果，现在涉及到了进口水果，现在有了两大类的产品，每个产品又分为不同的等级，我们叫它产品族。

产品族概念

所谓产品族，是指位于不同产品等级结构中，功能相关联的产品组成的家族。

1、每一个产品族中含有产品的数目与产品等级结构的数目是相等的

2、产品的等级结构与产品族将产品按照不同方向划分，形成一个二维的坐标系。

横轴表示产品的等级结构，纵轴表示产品族。

3、只要指明一个产品所处的产品族以及它所属的等级结构，就可以唯一的确定这个产品。

1、国产水果和进口水果就是产品族（纵坐标）

2、苹果，香蕉，鸭梨等，就是产品的等级结构，具体每个产品族的等级

这个业务就相对复杂了，所以之前的模式就变得不好用。如果硬要使用，那就是在具体的苹果工厂类里再增加一个新的方法——返回进口苹果类的实例，同时也为进口苹果增加对应的进口苹果类，同理对于香蕉，鸭梨也是一样的，好像也没什么问题。

引入抽象工厂模式

现在需求又变了，果园厂增加了温室种植技术，有了一种新的产品——温室种植水果。如何写代码？

按照工厂方法模式的写法，自然就要在具体的苹果工厂类里再增加一个新的方法——返回温室苹果类的实例，同时也要增加温室苹果这个新的产品……其他水果工厂类是一样的做法。这明显违背了 OCP 原则，而且苹果工厂类既能生成进口苹果也能生产国产苹果，违背了单一职责原则。此时抽象工厂模式就派上了用场。

1、抽象工厂模式是所有形态的工厂模式中最为抽象和一般性的。

2、抽象工厂模式可以向客户端提供一个接口，使得客户端在不必指定产品的具体类型的情况下，能够创建多个产品族的产品对象。

抽象工厂模式实现

水果厂有进口水果，国产水果两个产品族，而具体获得哪个产品族是客户端调用决定的。比如，进口苹果，进口橘子，国产苹果，国产橘子等……苹果，橘子是产品族（y轴）拥有的产品等级（x轴），客户端可以调用某个产品族的某个产品，之前的工厂方法模式，就对应一个产品族的设计模式，只有一个水果工厂去维持各水果实体类（产品等级），只有x轴，没有y轴，客户端采集进口苹果，调用的是原先国产苹果工厂里新增加的进口苹果生产方法……很别扭

采用抽象工厂模式，就需要维持一个 y 轴，解耦各个产品族，提供一个接口给客户端，让客户端能在不指定具体类型的前提下，创建多个产品族……

代码如下：

一个水果的接口，维持一个获得水果的规则，所有产品等级对象的父类（接口），它负责描述所有实例所共有的公共接口

public interface Fruit {
    void get();
}

对应产品等级的结构：苹果和香蕉组成一个产品族的产品等级，这里升华为水果的抽象类，是具体产品的父类

public abstract class AppleA implements Fruit {
    // 因为横向x轴的产品等级，有苹果，香蕉，但是多了纵向的其他产品族的苹果，香蕉，那么产品的抽象要进一步体现出来，苹果类变为
    // 抽象基类，分别去维持多个和苹果相关的产品族对应的产品等级
    public abstract void get();
}

public abstract class BananaA implements Fruit {
    public abstract void get();
}

具体的产品

public class ForeignApple extends AppleA {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("进口苹果");
    }
}

public class ForeignBanana extends BananaA {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("进口香蕉");
    }
}

public class HomeApple extends AppleA {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("国产苹果");
    }
}

public class HomeBanana extends BananaA {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("国产香蕉");
    }
}

抽象工厂类——抽象工厂模式的核心，包含对多个产品等级结构的声明，任何具体工厂类都必须实现这个接口

// 一个抽象的工厂类（这里是接口）去维持产品族——y轴
public interface FruitFactory {
    // 每一个工厂子类（产品族）都有对应的获得产品等级的方法——x轴
    Fruit getApple();
    Fruit getBanana();
}

具体工厂类是抽象工厂的一个实现，负责实例化某个产品族中的产品等级的对象

public class ForeignFruitFactory implements FruitFactory {
    @Override
    public Fruit getApple() {
        return new ForeignApple();
    }

    @Override
    public Fruit getBanana() {
        return new ForeignBanana();
    }
}

public class HomeFruitFactory implements FruitFactory {
    @Override
    public Fruit getApple() {
        return new HomeApple();
    }

    @Override
    public Fruit getBanana() {
        return new HomeBanana();
    }
}

客户端调用

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 获得某一个产品族
        FruitFactory fruitFactory = new ForeignFruitFactory();

        // 获得该产品族下的产品等级
        Fruit apple = fruitFactory.getApple();
        apple.get();
        Fruit banana = fruitFactory.getBanana();
        banana.get();

        // 获得国产水果产品族
        FruitFactory homeFruitFactory = new HomeFruitFactory();
        // 获得该产品族下的产品等级
        Fruit apple1 = homeFruitFactory.getApple();
        apple1.get();
        Fruit banana1 = homeFruitFactory.getBanana();
        banana1.get();
    }
}

当以后引入温室水果的时候，除了必须要建立温室苹果类，温室香蕉类去继承对应的水果抽象类之外，只需要再建立一个温室水果工厂类去实现抽象工厂接口即可，已经存在的代码不需要修改。

类图如下

1、抽象工厂模式中的方法对应产品等级结构，具体子工厂对应不同的产品族。

2、产品族，简单理解就是不同的产品类型

3、产品等级结构，简单理解就是一个产品类型里的具体的产品

抽象工厂模式的优缺点

优点

1、分离接口和实现

客户端使用抽象工厂来创建需要的对象，而客户端根本就不知道具体的实现是谁，客户端只是面向产品的接口编程而已。也就是说，客户端从具体的产品实现中解耦

2、使切换产品族变得容易

因一个具体的工厂实现代表的是一个产品族，切换产品族只需要切换一下具体工厂

缺点

不太容易扩展新的产品，如需要给整个产品族添加一个新的产品，那么就需要修改抽象工厂（增加新的接口方法），这样就会导致修改所有的工厂实现类。比如增加橘子这个产品等级……

也就是说，纵向不怕扩展，横向不方便扩展

抽象工厂模式和工厂方法模式对比

抽象工厂模式与工厂方法模式的最大区别就在于，工厂方法模式针对的是一个产品等级结构（苹果，鸭梨，橘子……）

而抽象工厂模式则需要面对多个产品等级结构（进口、国产、温室栽培……的苹果，鸭梨，橘子……）

什么情况下使用抽象工厂模式？

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

JDK中使用抽象工厂模式的例子

常见有：DocumentBuilderFactory 使用了抽象工厂模式：使程序能够从 XML 文档获取生成 DOM 对象树的解析器

DOM:Document Object Model 的缩写，即文档对象模型。XML将数据组织为一颗树，所以 DOM 就是对这颗树的一个对象描叙。

通俗的说是通过解析 XML 文档，为 XML 文档在逻辑上建立一个树模型，树的节点是一个个对象。通过存取这些对象就能够存取 XML 文档的内容。

我们来看一个简单的例子，看看 DocumentBuilderFactory 是如何使用的抽象工厂模式来操作一个 XML 文档的。这是一个XML文档：

＜?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?＞
＜messages＞
  ＜message＞Good-bye serialization, hello Java!＜/message＞ 
＜/messages＞

把这个文档的内容解析到 Java 对象，供程序使用。

首先需要 DocumentBuilderFactory 建立一个解析器工厂，利用这个工厂来获得一个具体的解析器对象，获取 DocumentBuilderFactory 的新实例。用下面这个 static 方法创建一个新的工厂实例

DocumentBuilderFactory dbf = DocumentBuilderFactory.newInstance(); 

newInstance 方法源码如下

public static DocumentBuilderFactory newInstance() {
        return FactoryFinder.find(
                /* The default property name according to the JAXP spec */
                DocumentBuilderFactory.class, // "javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory"
                /* The fallback implementation class name */
                "com.sun.org.apache.xerces.internal.jaxp.DocumentBuilderFactoryImpl");
}

在这里使用 DocumentBuilderFacotry 抽象类的目的是为了创建与具体解析器无关的程序，当 DocumentBuilderFactory 类的静态方法 newInstance() 被调用时，它根据一个系统变量来决定具体使用哪一个解析器。

当获得一个 DocumentBuilderFactory 工厂对象后，使用它的静态方法 newDocumentBuilder() ，可以获得一个 DocumentBuilder 对象。

DocumentBuilder db = dbf.newDocumentBuilder(); 　

DocumentBuilder，也就是 db 这个对象，代表了具体的 DOM 解析器（具体的某个产品族），但具体是哪一种解析器，比如微软的或者IBM的，对于程序而言并不重要。

获取此类实例之后，将可以利用这个解析器来对XML文档进行解析：

Document doc = db.parse("xxx.xml"); 　

这个解析器可以从各种输入源解析 XML，这些输入源有 InputStreams、Files、URL 和 SAX InputSources，这些输入源就是产品等级（具体的产品），不同的解析器（实现）就是产品族，又因为所有的解析器都服从于 JAXP 所定义的接口，所以无论具体使用哪一个解析器，调用者的（客户端）代码都是一样的。

当在不同的解析器之间进行切换时（各个解析器就是不同的产品族，比如有微软的解析器，有IBM的解析器……），只需要更改系统变量的值，而不用更改任何代码。这就是抽象工厂所带来的好处，非常巧妙。

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