設計模式系列—抽象工廠模式

作者：一角錢技術 2020-10-19 09:28:00

系統

本篇和大家一起來學習抽象工廠模式相關內容。

前言

23種設計模式速記
單例（singleton）模式
工廠方法（factory method）模式

前面說完了工廠方法模式，我們發現工廠方法模式存在一個嚴重的問題：一個具體工廠只能創建一類產品，而實際過程中一個工廠往往需要生產多類產品。為了解決上述問題，可以使用抽象工廠模式，本篇和大家一起來學習抽象工廠模式相關內容。

模式定義
抽象工廠模式，即Abstract Factory Pattern，提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的接口，而無須指定它們具體的類；具體的工廠負責實現具體的產品實例。

抽象工廠模式是工廠方法模式的升級版本，工廠方法模式只生產一個等級的產品，而抽象工廠模式可生產多個等級的產品。

解決的問題
每個工廠只能創建一類產品

即工廠方法模式的缺點

模式組成
抽象工廠模式同工廠方法模式一樣，也是由抽象工廠、具體工廠、抽象產品和具體產品等 4 個要素構成，但抽象工廠中方法個數不同，抽象產品的個數也不同。現在我們來分析其基本結構和實現方法。

使用步驟

創建抽象工廠類，定義具體工廠的公共接口；
創建抽象產品族類，定義抽象產品的公共接口；
創建抽象產品類（繼承抽象產品族類），定義具體產品的公共接口；
創建具體產品類（繼承抽象產品類） & 定義生產的具體產品；
創建具體工廠類（繼承抽象工廠類），定義創建對應具體產品實例的方法；

客戶端通過實例化具體的工廠類，并調用其創建不同目標產品的方法創建不同具體產品類的實例
實例說明
實例概況

背景：隔壁老王有兩間塑料加工廠（A廠僅生產容器類產品；B廠僅生產模具類產品）；隨著客戶需求的變化，A廠所在地的客戶需要也模具類產品，B廠所在地的客戶也需要容器類產品；
沖突：沒有資源（資金+租位）在當地分別開設多一家注塑分廠
解決方案：在原有的兩家塑料廠里增設生產需求的功能，即A廠能生產容器+模具產品；B廠間能生產模具+容器產品。

即抽象工廠模式

使用步驟

步驟1： 創建抽象工廠類，定義具體工廠的公共接口。

abstract class Factory{ 
    public abstract AbstractProduct ManufactureContainer(); 
    public abstract AbstractProduct ManufactureMould(); 
}

步驟2： 創建抽象產品族類，定義具體產品的公共接口。

abstract class AbstractProduct{ 
    public abstract void method1(); 
}

步驟3： 創建抽象產品類，定義具體產品的公共接口。

//容器產品抽象類 
abstract class ContainerProduct extends AbstractProduct { 
    @Override 
    public abstract void method1(); 
} 
 
//模具產品抽象類 
abstract class MouldProduct extends AbstractProduct { 
    @Override 
    public abstract void method1(); 
}

步驟4： 創建具體產品類（繼承抽象產品類），定義生產的具體產品。

//容器產品A類 
class ContainerProductA extends ContainerProduct{ 
    @Override 
    public void method1() { 
        System.out.println("生產出了容器產品A"); 
    } 
} 
 
//容器產品B類 
class ContainerProductB extends ContainerProduct{ 
    @Override 
    public void method1() { 
        System.out.println("生產出了容器產品B"); 
    } 
} 
 
//模具產品A類 
class MouldProductA extends MouldProduct{ 
 
    @Override 
    public void method1() { 
        System.out.println("生產出了模具產品A"); 
    } 
} 
 
//模具產品B類 
class MouldProductB extends MouldProduct{ 
 
    @Override 
    public void method1() { 
        System.out.println("生產出了模具產品B"); 
    } 
}

步驟5：創建具體工廠類（繼承抽象工廠類），定義創建對應具體產品實例的方法。

//A廠 - 生產模具+容器產品 
class FactoryA extends Factory{ 
 
    @Override 
    public AbstractProduct ManufactureContainer() { 
        return new ContainerProductA(); 
    } 
 
    @Override 
    public AbstractProduct ManufactureMould() { 
        return new MouldProductA(); 
    } 
} 
 
//B廠 - 生產模具+容器產品 
class FactoryB extends Factory{ 
 
    @Override 
    public AbstractProduct ManufactureContainer() { 
        return new ContainerProductB(); 
    } 
 
    @Override 
    public AbstractProduct ManufactureMould() { 
        return new MouldProductB(); 
    } 
}

步驟6：客戶端通過實例化具體的工廠類，并調用其創建不同目標產品的方法創建不同具體產品類的實例。

public class AbstractFactoryPattern { 
 
    public static void main(String[] args){ 
        FactoryA mFactoryA = new FactoryA(); 
        FactoryB mFactoryB = new FactoryB(); 
        //A廠當地客戶需要容器產品A 
        mFactoryA.ManufactureContainer().method1(); 
        //A廠當地客戶需要模具產品A 
        mFactoryA.ManufactureMould().method1(); 
 
        //B廠當地客戶需要容器產品B 
        mFactoryB.ManufactureContainer().method1(); 
        //B廠當地客戶需要模具產品B 
        mFactoryB.ManufactureMould().method1(); 
 
    } 
}

輸出結果

生產出了容器產品A 
生產出了模具產品A 
生產出了容器產品B 
生產出了模具產品B

優點

可以在類的內部對產品族中相關聯的多等級產品共同管理，而不必專門引入多個新的類來進行管理。
當需要產品族時，抽象工廠可以保證客戶端始終只使用同一個產品的產品組。
抽象工廠增強了程序的可擴展性，當增加一個新的產品族時，不需要修改原代碼，滿足開閉原則。

缺點
當產品族中需要增加一個新的產品時，所有的工廠類都需要進行修改。增加了系統的抽象性和理解難度。

這是因為抽象工廠接口中已經確定了可以被創建的產品集合，如果需要添加新產品，此時就必須去修改抽象工廠的接口，這樣就涉及到抽象工廠類的以及所有子類的改變，這樣也就違背了“開發——封閉”原則。

對于新的產品族符合開-閉原則；對于新的產品種類不符合開-閉原則，這一特性稱為開-閉原則的傾斜性。

應用場景
程序需要處理不同系列的相關產品，但是您不希望它依賴于這些產品的具體類時，可以使用抽象工廠。

源碼中的應用

#JDK 
java.sql.Connection 
java.sql.Driver 
 
# mybatis 
SqlSessionFactory

java.sql.Connection

public interface Connection  extends Wrapper, AutoCloseable { 
 //...      
     //返回普通的sql執行器 
        Statement createStatement() throws SQLException; 
  //返回具有參數化預編譯功能的sql執行器 
     PreparedStatement prepareStatement(String sql) throws SQLException; 
     //返回可以執行存儲過程的sql執行器 
        CallableStatement prepareCall(String sql) throws SQLException;    
    //...          
}

從上面的注釋就可以看出，這就是典型的抽象工廠接口，描述了不同的產品等級Statement、PreparedStatement、CallableStatement，它們都位于抽象接口Statement產品等級結構中。我們可以繼續尋找該抽象工廠接口的實現類。

以Mysql為例，可以找到Mysql對這個工廠接口的實現類ConnectionImpl，ConnectionImpl并不是直接實現了java.sql.Connection,而是通過實現自己擴展的MySQLConnection接口，該接口也是間接繼承了java.sql.Connection

public class ConnectionImpl extends ConnectionPropertiesImpl implements MySQLConnection { 
 //... 
 
 public java.sql.Statement createStatement() throws SQLException { 
        return createStatement(DEFAULT_RESULT_SET_TYPE, DEFAULT_RESULT_SET_CONCURRENCY); 
    } 
    
 public java.sql.PreparedStatement prepareStatement(String sql) throws SQLException { 
        return prepareStatement(sql, DEFAULT_RESULT_SET_TYPE, DEFAULT_RESULT_SET_CONCURRENCY); 
    } 
     
 public java.sql.CallableStatement prepareCall(String sql) throws SQLException { 
 
        return prepareCall(sql, DEFAULT_RESULT_SET_TYPE, DEFAULT_RESULT_SET_CONCURRENCY); 
    } 
  
 //... 
}

以createStatement為例，跟蹤其調用代碼可以看到StatementImpl這個類就是實現了java.sql.Statement的具體產品類

public java.sql.Statement createStatement(int resultSetType, int resultSetConcurrency) throws SQLException { 
    checkClosed(); 
 
    StatementImpl stmt = new StatementImpl(getMultiHostSafeProxy(), this.database); 
    stmt.setResultSetType(resultSetType); 
    stmt.setResultSetConcurrency(resultSetConcurrency); 
 
    return stmt; 
}

SqlSessionFactory

/** 
 * Creates an {@link SqlSession} out of a connection or a DataSource 
 *  
 * @author Clinton Begin 
 */ 
public interface SqlSessionFactory { 
 
  SqlSession openSession(); 
 
  SqlSession openSession(boolean autoCommit); 
  SqlSession openSession(Connection connection); 
  SqlSession openSession(TransactionIsolationLevel level); 
 
  SqlSession openSession(ExecutorType execType); 
  SqlSession openSession(ExecutorType execType, boolean autoCommit); 
  SqlSession openSession(ExecutorType execType, TransactionIsolationLevel level); 
  SqlSession openSession(ExecutorType execType, Connection connection); 
 
  Configuration getConfiguration(); 
 
}

SqlSessionFactory也是抽象工廠接口，Configuration和SqlSession都是在不同的產品等級上。通過IDEA工具可以通過UML圖清晰得看到SqlSessionFactory的工廠實現類

以上兩個例子都和數據庫操作相關，同樣使用了抽象工廠模式。在jdbc中，客戶端通過Connection工廠獲取到Statement產品對象，然后通過該對象進行增刪改查操作，對于mybatis這種數據庫操縱框架而言（底層也是封裝了jdbc api)有異曲同工,通過SeqSessionFactory工廠獲取到SqlSession產品對象，然后進行增刪改查操作。

PS：以上代碼提交在 Github ：

https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git

責任編輯：姜華來源：今日頭條

抽象工廠模式