工廠方法模式與抽象工廠模式



本文是轉的

一、引子
       話說十年前，有一個暴發戶，他家有三輛汽車——Benz奔馳、Bmw寶馬、Audi奧迪，還僱了司機爲他開車。不過，暴發戶坐車時總是怪怪的：上Benz車後跟司機說“開奔馳車！”，坐上Bmw後他說“開寶馬車！”，坐上Audi說“開奧迪車！”。你一定說：這人有病！直接說開車不就行了？！
       而當把這個暴發戶的行爲放到我們程序設計中來時，會發現這是一個普遍存在的現象。幸運的是，這種有病的現象在OO（面向對象）語言中可以避免了。下面就以Java語言爲基礎來引入我們本文的主題：工廠模式。

二、分類
      工廠模式主要是爲創建對象提供過渡接口，以便將創建對象的具體過程屏蔽隔離起來，達到提高靈活性的目的。

工廠模式在《Java與模式》中分爲三類：
       1）簡單工廠模式（Simple Factory）

2）工廠方法模式（Factory Method）

3）抽象工廠模式（Abstract Factory）
       這三種模式從上到下逐步抽象，並且更具一般性。
       GOF在《設計模式》一書中將工廠模式分爲兩類：工廠方法模式（Factory Method）與抽象工廠模式（Abstract Factory）。將簡單工廠模式（Simple Factory）看爲工廠方法模式的一種特例，兩者歸爲一類。

 

兩者皆可，在本文使用《Java與模式》的分類方法。下面來看看這些工廠模式是怎麼來“治病”的。

 

三、簡單工廠模式

 

簡單工廠模式又稱靜態工廠方法模式。重命名上就可以看出這個模式一定很簡單。它存在的目的很簡單：定義一個用於創建對象的接口。
       先來看看它的組成：

 

1)        工廠類角色：這是本模式的核心，含有一定的商業邏輯和判斷邏輯。在java中它往往由一個具體類實現。

 

2)        抽象產品角色：它一般是具體產品繼承的父類或者實現的接口。在java中由接口或者抽象類來實現。

 

3)        具體產品角色：工廠類所創建的對象就是此角色的實例。在java中由一個具體類實現。

 

來用類圖來清晰的表示下的它們之間的關係（如果對類圖不太瞭解，請參考我關於類圖的文章）： 

那麼簡單工廠模式怎麼來使用呢？我們就以簡單工廠模式來改造暴發戶坐車的方式——現在暴發戶只需要坐在車裏對司機說句：“開車”就可以了。

//抽象產品角色

public interface Car{

public void drive(); 
}

 

 

//具體產品角色
public class Benz implements Car{

public void drive()  {

System.out.println("Driving Benz ");

}

}

 

public class Bmw implements Car{

public void drive()  {

System.out.println("Driving Bmw ");

}

}
。。。（奧迪我就不寫了:P）

//工廠類角色

 

public class Driver{

//工廠方法.注意 返回類型爲抽象產品角色
       public static Car driverCar(String s)throws Exception    {

 

              //判斷邏輯，返回具體的產品角色給Client
              if(s.equalsIgnoreCase("Benz"))  

 

                    return new Benz();

 

              else if(s.equalsIgnoreCase("Bmw"))

 

                     return new Bmw();

 

                    ......   
             else throw new Exception();

 

       。。。

//歡迎暴發戶出場......

public class Magnate{

 

       public static void main(String[] args){

 

              try{ 
                     //告訴司機我今天坐奔馳              
                     Car car = Driver.driverCar("benz"); 
                     //下命令：開車                   
                     car.drive();

 

              。。。

 

    將本程序空缺的其他信息填充完整後即可運行。如果你將所有的類放在一個文件中，請不要忘記只能有一個類被聲明爲public。本程序在jdk1.4 下運行通過。

 

      程序中各個類的關係表達如下：

 

 

 

 

 

這便是簡單工廠模式了。怎麼樣，使用起來很簡單吧？那麼它帶來了什麼好處呢？
       首先，使用了簡單工廠模式後，我們的程序不在“有病”，更加符合現實中的情況；而且客戶端免除了直接創建產品對象的責任，而僅僅負責“消費”產品（正如暴發戶所爲）。

 

       下面我們從開閉原則（對擴展開放；對修改封閉）上來分析下簡單工廠模式。當暴發戶增加了一輛車的時候，只要符合抽象產品制定的合同，那麼只要通知工廠類知道就可以被客戶使用了。所以對產品部分來說，它是符合開閉原則的；但是工廠部分好像不太理想，因爲每增加一輛車，都要在工廠類中增加相應的業務邏輯或者判斷邏輯，這顯然是違背開閉原則的。可想而知對於新產品的加入，工廠類是很被動的。對於這樣的工廠類（在我們的例子中是爲司機師傅），我們稱它爲全能類或者上帝類。
       我們舉的例子是最簡單的情況，而在實際應用中，很可能產品是一個多層次的樹狀結構。由於簡單工廠模式中只有一個工廠類來對應這些產品，所以這可能會把我們的上帝累壞了，也累壞了我們這些程序員:(
       於是工廠方法模式作爲救世主出現了。 

四、工廠方法模式

 

       工廠方法模式去掉了簡單工廠模式中工廠方法的靜態屬性，使得它可以被子類繼承。這樣在簡單工廠模式裏集中在工廠方法上的壓力可以由工廠方法模式裏不同的工廠子類來分擔。

 

你應該大致猜出了工廠方法模式的結構，來看下它的組成：

 

1)        抽象工廠角色： 這是工廠方法模式的核心，它與應用程序無關。是具體工廠角色必須實現的接口或者必須繼承的父類。在java中它由抽象類或者接口來實現。

 

2)        具體工廠角色：它含有和具體業務邏輯有關的代碼。由應用程序調用以創建對應的具體產品的對象。

 

3)        抽象產品角色：它是具體產品繼承的父類或者是實現的接口。在java中一般有抽象類或者接口來實現。

 

4)        具體產品角色：具體工廠角色所創建的對象就是此角色的實例。在java中由具體的類來實現。

 

用類圖來清晰的表示下的它們之間的關係：

 

 

 

工廠方法模式使用繼承自抽象工廠角色的多個子類來代替簡單工廠模式中的“上帝類”。正如上面所說，這樣便分擔了對象承受的壓力；而且這樣使得結構變得靈活起來——當有新的產品（即暴發戶的汽車）產生時，只要按照抽象產品角色、抽象工廠角色提供的合同來生成，那麼就可以被客戶使用，而不必去修改任何已有的代碼。可以看出工廠角色的結構也是符合開閉原則的！

 

       我們還是老規矩，使用一個完整的例子來看看工廠模式各個角色之間是如何來協調的。話說暴發戶生意越做越大，自己的愛車也越來越多。這可苦了那位司機師傅了，什麼車它都要記得，維護，都要經過他來使用！於是暴發戶同情他說：看你跟我這麼多年的份上，以後你不用這麼辛苦了，我給你分配幾個人手，你只管管好他們就行了！於是，工廠方法模式的管理出現了。代碼如下：

 

//抽象產品角色，具體產品角色與簡單工廠模式類似，只是變得複雜了些，這裏略。
//抽象工廠角色
public interface Driver{
       public Car driverCar();
}
public class BenzDriver implements Driver{
       public Car driverCar(){
              return new Benz();
       }
}
public class BmwDriver implements Driver{
       public Car driverCar()   {

 

return new Bmw(); 
       }
}

 

//應該和具體產品形成對應關係...
//有請暴發戶先生
 public class Magnate

 

{

 

              public static void main(String[] args)

 

              {

 

                     try{ 
                            Driver driver = new BenzDriver();

 

                            Car car = driver.driverCar();

 

                            car.drive();

 

                     }

 

       ……

 

}

 

可以看出工廠方法的加入，使得對象的數量成倍增長。當產品種類非常多時，會出現大量的與之對應的工廠對象，這不是我們所希望的。因爲如果不能避免這種情況，可以考慮使用簡單工廠模式與工廠方法模式相結合的方式來減少工廠類：即對於產品樹上類似的種類（一般是樹的葉子中互爲兄弟的）使用簡單工廠模式來實現。

 

 

五、小結

 

工廠方法模式彷彿已經很完美的對對象的創建進行了包裝，使得客戶程序中僅僅處理抽象產品角色提供的接口。那我們是否一定要在代碼中遍佈工廠呢？大可不必。也許在下面情況下你可以考慮使用工廠方法模式：

 

1)        當客戶程序不需要知道要使用對象的創建過程。

 

2)        客戶程序使用的對象存在變動的可能，或者根本就不知道使用哪一個具體的對象。 

 

簡單工廠模式與工廠方法模式真正的避免了代碼的改動了？沒有。在簡單工廠模式中，新產品的加入要修改工廠角色中的判斷語句；而在工廠方法模式中，要麼將判斷邏輯留在抽象工廠角色中，要麼在客戶程序中將具體工廠角色寫死（就象上面的例子一樣）。而且產品對象創建條件的改變必然會引起工廠角色的修改。

 

       面對這種情況，Java的反射機制與配置文件的巧妙結合突破了限制——這在Spring中完美的體現了出來。

 

六、抽象工廠模式

 

      先來認識下什麼是產品族： 位於不同產品等級結構中，功能相關聯的產品組成的家族。還是讓我們用一個例子來形象地說明一下吧。

 

 

 

圖中的BmwCar和BenzCar就是兩個產品樹（產品層次結構）；而如圖所示的BenzSportsCar和BmwSportsCar就是一個產品族。他們都可以放到跑車家族中，因此功能有所關聯。同理BmwBussinessCar和BenzSportsCar也是一個產品族。
      回到抽象工廠模式的話題上。

 

可以說，抽象工廠模式和工廠方法模式的區別就在於需要創建對象的複雜程度上。而且抽象工廠模式是三個裏面最爲抽象、最具一般性的。

 

抽象工廠模式的用意爲：給客戶端提供一個接口，可以創建多個產品族中的產品對象

 

而且使用抽象工廠模式還要滿足一下條件：

 

1)        系統中有多個產品族，而系統一次只可能消費其中一族產品。

 

2)        同屬於同一個產品族的產品以其使用。

 

來看看抽象工廠模式的各個角色（和工廠方法的如出一轍）：

 

1)        抽象工廠角色： 這是工廠方法模式的核心，它與應用程序無關。是具體工廠角色必須實現的接口或者必須繼承的父類。在java中它由抽象類或者接口來實現。

 

2)        具體工廠角色：它含有和具體業務邏輯有關的代碼。由應用程序調用以創建對應的具體產品的對象。在java中它由具體的類來實現。

 

3)        抽象產品角色：它是具體產品繼承的父類或者是實現的接口。在java中一般有抽象類或者接口來實現。

 

4)        具體產品角色：具體工廠角色所創建的對象就是此角色的實例。在java中由具體的類來實現。

 

類圖如下：

 

 

看過了前兩個模式，對這個模式各個角色之間的協調情況應該心裏有個數了，我就不舉具體的例子了。只是一定要注意滿足使用抽象工廠模式的條件哦。

 

 

抽象工廠示例：：

// 產品 Plant接口
public interface Plant { }//標誌接口
//具體產品PlantA，PlantB
public class PlantA implements Plant {
　public PlantA () {
　　System.out.println("create PlantA !");
　}
　public void doSomething() {
　　System.out.println(" PlantA do something ...");
　}
}
public class PlantB implements Plant {
　public PlantB () {
　　System.out.println("create PlantB !");
　}

　public void doSomething() {
　　System.out.println(" PlantB do something ...");
　}
}
// 產品 Fruit接口
public interface Fruit { }
//具體產品FruitA，FruitB
public class FruitA implements Fruit {
　public FruitA() {
　　System.out.println("create FruitA !");
　}
　public void doSomething() {
　　System.out.println(" FruitA do something ...");
　}
}
public class FruitB implements Fruit {
　public FruitB() {
　　System.out.println("create FruitB !");
　}
　public void doSomething() {
　　System.out.println(" FruitB do something ...");
　}
}
// 抽象工廠方法
public interface AbstractFactory {
　public Plant createPlant();
　public Fruit createFruit();
}
//具體工廠方法
public class FactoryA implements AbstractFactory {
　public Plant createPlant() {
　　return new PlantA();
　}
　public Fruit createFruit() {
　　return new FruitA();
　}
}
public class FactoryB implements AbstractFactory {
　public Plant createPlant() {
　　return new PlantB();
　}
　public Fruit createFruit() {
　　return new FruitB();
　}
}

//調用工廠方法
public Client {
      public method1() {
             AbstractFactory instance = new FactoryA();
             instance.createPlant();
       }
}

抽象工廠模式與工廠方法模式的區別 
可以這麼說，工廠方法模式是一種極端情況的抽象工廠模式，而抽象工廠模式可以看成是工廠方法模式的一種推廣。
(1)、其實工廠方法模式是用來創建一個產品的等級結構的，而抽象工廠模式是用來創建多個產品的等級結構的。工廠方法創建一般只有一個方法，創建一種產品。抽象工廠一般有多個方法，創建一系列產品。 
(2)、工廠方法模式只有一個抽象產品類，而抽象工廠模式有多個。工廠方法模式的具體工廠類只能創建一個具體產品類的實例，而抽象工廠模式可以創建多個。 
簡而言之-> 
工廠方法模式：一個抽象產品類，可以派生出多個具體產品類。   
              一個抽象工廠類，可以派生出多個具體工廠類。   
              每個具體工廠類只能創建一個具體產品類的實例。   
抽象工廠模式：多個抽象產品類，每個抽象產品類可以派生出多個具體產品類。   
              一個抽象工廠類，可以派生出多個具體工廠類。   
              每個具體工廠類可以創建多個具體產品類的實例。