23种设计模式--工厂模式（FactoryMethod）和 抽象工厂（AbstractFactory）

于 2020-08-10 23:08:53 发布
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分类专栏： 设计模式 文章标签： java
原文链接：http://c.biancheng.net/view/1348.html
本文深入解析工厂模式（Factory Method）和抽象工厂模式（Abstract Factory），探讨其结构、应用场景及优缺点。工厂模式允许在不指定具体类的情况下创建产品，而抽象工厂模式则进一步扩展，能够创建一系列相关或相互依赖的产品。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

工厂模式（FactoryMethod）和 抽象工厂（AbstractFactory）

工厂模式（FactoryMethod）

定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。
我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”，它不属于 GoF 的 23 种经典设计模式，它的缺点是增加新产品时会违背“开闭原则”。

优缺点

工厂方法模式的主要优点有：
用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；

其缺点是：每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

工厂模式结构

1：抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
2：具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
3：抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
4：具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

图解

在这里插入图片描述

代码

/**
 * 工厂方法
 *
 * 结构：
 *  1：抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
 *  2：具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
 *  3：抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
 *  4：具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。
 */
public class AbstractFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Product a;
            AbstractFactory af;
            af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject(); // 你需要的对象
            a = af.newProduct();
            a.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

/**
 * 抽象工厂：提供了厂品的生成方法
 */
interface AbstractFactory {
    public Product newProduct();
}

/**
 * 具体工厂1：实现了厂品的生成方法
 */
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
        return new ConcreteProduct1();
    }
}

/**
 * 具体工厂2：实现了厂品的生成方法
 */
class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

/**
 * 抽象产品：提供了产品的接口
 */
interface Product {
    public void show();
}

/**
 * 具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法
 */
class ConcreteProduct1 implements Product {
    public void show() {
        System.out.println("具体产品1显示...");
    }
}

/**
 * 具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法
 */
class ConcreteProduct2 implements Product {
    public void show() {
        System.out.println("具体产品2显示...");
    }
}

模式的应用场景

工厂方法模式通常适用于以下场景。

  • 客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
  • 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
  • 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌。

模式的扩展

当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式。
在这里插入图片描述

抽象工厂（AbstractFactory）

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机、计算机软件学院只培养计算机软件专业的学生等。

同种类称为同等级，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类） 的产品，如农场里既养动物又种植物，电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

本节要介绍的抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族，图 1 所示的是海尔工厂和 TCL 工厂所生产的电视机与空调对应的关系图。
电器工厂的产品等级与产品族

模式的定义与特点

抽象工厂（AbstractFactory）模式的定义：是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

使用抽象工厂模式一般要满足以下条件。

  • 系统中有多个产品族，每个具体工厂创建同一族但属于不同等级结构的产品。
  • 系统一次只可能消费其中某一族产品，即同族的产品一起使用。

抽象工厂模式除了具有工厂方法模式的优点外，其他主要优点如下。

  • 可以在类的内部对产品族中相关联的多等级产品共同管理，而不必专门引入多个新的类来进行管理。
  • 当增加一个新的产品族时不需要修改原代码，满足开闭原则。

其缺点是：当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。

模式的结构与实现

抽象工厂模式同工厂方法模式一样，也是由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等 4 个要素构成，但抽象工厂中方法个数不同，抽象产品的个数也不同。现在我们来分析其基本结构和实现方法。

模式的结构

抽象工厂模式的主要角色如下。

  1. 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法 newProduct()，可以创建多个不同等级的产品。
  2. 具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
  3. 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
  4. 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它 同具体工厂之间是多对一的关系。

画图

在这里插入图片描述

应用

用抽象工厂模式设计农场类。

分析：农场中除了像畜牧场一样可以养动物，还可以培养植物，如养马、养牛、种菜、种水果等，所以本实例比前面介绍的畜牧场类复杂，必须用抽象工厂模式来实现。

本例用抽象工厂模式来设计两个农场，一个是韶关农场用于养牛和种菜，一个是上饶农场用于养马和种水果，可以在以上两个农场中定义一个生成动物的方法 newAnimal() 和一个培养植物的方法 newPlant()。

对马类、牛类、蔬菜类和水果类等具体产品类，由于要显示它们的图像，所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabel 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。
客户端程序通过对象生成器类 ReadXML 读取 XML 配置文件中的数据来决定养什么动物和培养什么植物。
在这里插入图片描述

代码

import javax.swing.*;
import java.awt.*;

/**
 * 农场中除了像畜牧场一样可以养动物，还可以培养植物，如养马、养牛、种菜、种水果等，所以本实例比前面介绍的畜牧场类复杂，必须用抽象工厂模式来实现。
 * <p>
 * 本例用抽象工厂模式来设计两个农场，一个是韶关农场用于养牛和种菜，一个是上饶农场用于养马和种水果，可以在以上两个农场中定义一个生成动物的方法 newAnimal() 和一个培养植物的方法 newPlant()。
 * <p>
 * 对马类、牛类、蔬菜类和水果类等具体产品类，由于要显示它们的图像（点此下载图片），所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabel 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。
 */
public class FarmTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Farm f;
            Animal a;
            Plant p;
            f = (Farm) ReadXML.getObject();
            a = f.newAnimal();
            p = f.newPlant();
            a.show();
            p.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

//抽象产品：动物类
interface Animal {
    public void show();
}

//具体产品：马类
class Horse implements Animal {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");

    public Horse() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：马"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }

    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}

//具体产品：牛类
class Cattle implements Animal {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");

    public Cattle() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：牛"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }

    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}

//抽象产品：植物类
interface Plant {
    public void show();
}

//具体产品：水果类
class Fruitage implements Plant {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");

    public Fruitage() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("植物：水果"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/P_Fruitage.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }

    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}

//具体产品：蔬菜类
class Vegetables implements Plant {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");

    public Vegetables() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("植物：蔬菜"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/P_Vegetables.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }

    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}

//抽象工厂：农场类
interface Farm {
    public Animal newAnimal();

    public Plant newPlant();
}

//具体工厂：韶关农场类
class SGfarm implements Farm {
    public Animal newAnimal() {
        System.out.println("新牛出生！");
        return new Cattle();
    }

    public Plant newPlant() {
        System.out.println("蔬菜长成！");
        return new Vegetables();
    }
}

//具体工厂：上饶农场类
class SRfarm implements Farm {
    public Animal newAnimal() {
        System.out.println("新马出生！");
        return new Horse();
    }

    public Plant newPlant() {
        System.out.println("水果长成！");
        return new Fruitage();
    }
}
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