设计模式--抽象工厂

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转载最新推荐文章于 2026-06-22 08:41:25 发布 585 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

GIS数据筛选避坑指南：从‘AreaCity-JsSpider-StatsGov’开源库下载SHP到精确查询的全流程本文详细介绍了从‘AreaCity-JsSpider-StatsGov’开源库下载SHP格式的GIS数据到精确查询的全流程，包括数据获取、预处理、ArcGIS和QGIS中的筛选技巧，以及常见问题解决方案。帮助用户高效处理几何面数据，避免GIS数据处理中的常见陷阱。阅读详情

概述

在软件系统中，经常面临着“一系列相互依赖的对象”的创建工作；同时由于需求的变化，往往存在着更多系列对象的创建工作。如何应对这种变化？如何绕过常规的对象的创建方法（new），提供一种“封装机制”来避免客户程序和这种“多系列具体对象创建工作”的紧耦合？这就是我们要说的抽象工厂模式。

意图

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

模型图

逻辑模型：

物理模型：

抽象工厂之新解

虚拟案例

中国企业需要一项简单的财务计算：每月月底，财务人员要计算员工的工资。

员工的工资 = (基本工资 + 奖金 - 个人所得税)。这是一个放之四海皆准的运算法则。

为了简化系统，我们假设员工基本工资总是4000美金。

中国企业奖金和个人所得税的计算规则是:

奖金 = 基本工资(4000) * 10%

个人所得税 = (基本工资 + 奖金) * 40%

我们现在要为此构建一个软件系统（代号叫Softo），满足中国企业的需求。

案例分析

奖金(Bonus)、个人所得税(Tax)的计算是Softo系统的业务规则(Service)。

工资的计算(Calculator)则调用业务规则(Service)来计算员工的实际工资。

工资的计算作为业务规则的前端(或者客户端Client)将提供给最终使用该系统的用户(财务人员)使用。

针对中国企业为系统建模

根据上面的分析，为Softo系统建模如下：

则业务规则Service类的代码如下：

using System;

namespace ChineseSalary
{
    /// <summary>
    /// 公用的常量
    /// </summary>
    public class Constant
    {
        public static double BASE_SALARY = 4000;
    }
}
using System;

namespace ChineseSalary
{
    /// <summary>
    /// 计算中国个人奖金
    /// </summary>
    public class ChineseBonus
    {
        public double Calculate()
        {
            return Constant.BASE_SALARY * 0.1;
        }
    }
}

客户端的调用代码：

using System;

namespace ChineseSalary
{    
    /// <summary>
    /// 计算中国个人所得税
    /// </summary>
    public class ChineseTax
    {
        public double Calculate()
        {
            return (Constant.BASE_SALARY + (Constant.BASE_SALARY * 0.1)) * 0.4;
        }
    }
}

运行程序，输入的结果如下：

Chinese Salary is：2640

针对美国企业为系统建模

为了拓展国际市场，我们要把该系统移植给美国公司使用。

美国企业的工资计算同样是: 员工的工资 = 基本工资 + 奖金 - 个人所得税。

但是他们的奖金和个人所得税的计算规则不同于中国企业:

美国企业奖金和个人所得税的计算规则是:

奖金 = 基本工资 * 15 %

个人所得税 = (基本工资 * 5% + 奖金 * 25%)

根据前面为中国企业建模经验，我们仅仅将ChineseTax、ChineseBonus修改为AmericanTax、AmericanBonus。修改后的模型如下：

则业务规则Service类的代码如下：

using System;

namespace AmericanSalary
{
    /// <summary>
    /// 公用的常量
    /// </summary>
    public class Constant
    {
        public static double BASE_SALARY = 4000;
    }
}

using System;

namespace AmericanSalary
{
    /// <summary>
    /// 计算美国个人奖金
    /// </summary>
    public class AmericanBonus
    {
        public double Calculate()
        {
            return Constant.BASE_SALARY * 0.1;
        }
    }
}

using System;

namespace AmericanSalary
{    
    /// <summary>
    /// 计算美国个人所得税
    /// </summary>
    public class AmericanTax
    {
        public double Calculate()
        {
            return (Constant.BASE_SALARY + (Constant.BASE_SALARY * 0.1)) * 0.4;
        }
    }
}

客户端的调用代码：

using System;

namespace AmericanSalary
{
    /// <summary>
    /// 客户端程序调用
    /// </summary>
    public class Calculator 
    {
        public static void Main(string[] args) 
        {
            AmericanBonus bonus = new AmericanBonus();
            double bonusValue  = bonus.Calculate();
    
            AmericanTax tax = new AmericanTax();
            double taxValue = tax.Calculate();
    
            double salary = 4000 + bonusValue - taxValue; 

            Console.WriteLine("American Salary is：" + salary);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

运行程序，输入的结果如下：

American Salary is：2640

整合成通用系统

让我们回顾一下该系统的发展历程：

最初，我们只考虑将Softo系统运行于中国企业。但随着MaxDO公司业务向海外拓展， MaxDO需要将该系统移植给美国使用。

移植时，MaxDO不得不抛弃中国企业的业务规则类ChineseTax和ChineseBonus，然后为美国企业新建两个业务规则类: AmericanTax,AmericanBonus。最后修改了业务规则调用Calculator类。

结果我们发现：每当Softo系统移植的时候，就抛弃原来的类。现在，如果中国联想集团要购买该系统，我们不得不再次抛弃AmericanTax,AmericanBonus，修改回原来的业务规则。

一个可以立即想到的做法就是在系统中保留所有业务规则模型，即保留中国和美国企业工资运算规则。

通过保留中国企业和美国企业的业务规则模型，如果该系统在美国企业和中国企业之间切换时，我们仅仅需要修改Caculator类即可。

让移植工作更简单

前面系统的整合问题在于：当系统在客户在美国和中国企业间切换时仍然需要修改Caculator代码。

一个维护性良好的系统应该遵循“开闭原则”。即：封闭对原来代码的修改，开放对原来代码的扩展（如类的继承，接口的实现）

我们发现不论是中国企业还是美国企业，他们的业务运规则都采用同样的计算接口。于是很自然地想到建立两个业务接口类Tax，Bonus，然后让AmericanTax、AmericanBonus和ChineseTax、ChineseBonus分别实现这两个接口，据此修正后的模型如下：

此时客户端代码如下：

using System;

namespace InterfaceSalary
{
    /// <summary>
    /// 客户端程序调用
    /// </summary>
    public class Calculator 
    {
        public static void Main(string[] args) 
        {
            Bonus bonus = new ChineseBonus();
            double bonusValue  = bonus.Calculate();
    
            Tax tax = new ChineseTax();
            double taxValue = tax.Calculate();
    
            double salary = 4000 + bonusValue - taxValue; 

            Console.WriteLine("Chinaese Salary is：" + salary);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

为业务规则增加工厂方法

然而，上面增加的接口几乎没有解决任何问题，因为当系统的客户在美国和中国企业间切换时Caculator代码仍然需要修改。

只不过修改少了两处，但是仍然需要修改ChineseBonus,ChineseTax部分。致命的问题是：我们需要将这个移植工作转包给一个叫Hippo的软件公司。由于版权问题，我们并未提供Softo系统的源码给Hippo公司，因此Hippo公司根本无法修改Calculator，导致实际上移植工作无法进行。

为此，我们考虑增加一个工具类(命名为Factory)，代码如下：

using System;

namespace FactorySalary
{
    /// <summary>
    /// Factory类
    /// </summary>
    public class Factory
    {
        public Tax CreateTax()
        {
            return new ChineseTax();
        }

        public Bonus CreateBonus()
        {
            return new ChineseBonus();
        }
    }
}

修改后的客户端代码：

using System;

namespace FactorySalary
{
    /// <summary>
    /// 客户端程序调用
    /// </summary>
    public class Calculator 
    {
        public static void Main(string[] args) 
        {
            Bonus bonus = new Factory().CreateBonus();
            double bonusValue  = bonus.Calculate();
    
            Tax tax = new Factory().CreateTax();
            double taxValue = tax.Calculate();
    
            double salary = 4000 + bonusValue - taxValue; 

            Console.WriteLine("Chinaese Salary is：" + salary);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

不错，我们解决了一个大问题，设想一下：当该系统从中国企业移植到美国企业时，我们现在需要做什么？

答案是: 对于Caculator类我们什么也不用做。我们需要做的是修改Factory类，修改结果如下：

using System;

namespace FactorySalary
{
    /// <summary>
    /// Factory类
    /// </summary>
    public class Factory
    {
        public Tax CreateTax()
        {
            return new AmericanTax();
        }

        public Bonus CreateBonus()
        {
            return new AmericanBonus();
        }
    }
}

为系统增加抽象工厂方法

很显然，前面的解决方案带来了一个副作用：就是系统不但增加了新的类Factory，而且当系统移植时，移植工作仅仅是转移到Factory类上，工作量并没有任何缩减，而且还是要修改系统的源码。从Factory类在系统移植时修改的内容我们可以看出: 实际上它是专属于美国企业或者中国企业的。名称上应该叫AmericanFactory,ChineseFactory更合适.

解决方案是增加一个抽象工厂类AbstractFactory，增加一个静态方法，该方法根据一个配置文件(App.config或者Web.config) 一个项(比如factoryName)动态地判断应该实例化哪个工厂类，这样，我们就把移植工作转移到了对配置文件的修改。修改后的模型和代码：

抽象工厂类的代码如下：

using System;
using System.Reflection;
 
namespace AbstractFactory
{
     /// <summary>
     /// AbstractFactory类
     /// </summary>
     public abstract class AbstractFactory
    {
        public static AbstractFactory GetInstance()
        {
            string factoryName = Constant.STR_FACTORYNAME.ToString();

            AbstractFactory instance;

            if(factoryName == "ChineseFactory")
                instance = new ChineseFactory();
            else if(factoryName == "AmericanFactory")
                instance = new AmericanFactory();
            else
                instance = null;

            return instance;
        }

        public abstract Tax CreateTax();

        public abstract Bonus CreateBonus();
    }
}

配置文件：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
2

<configuration>
3

<appSettings>
4

<add key="factoryName" value="AmericanFactory"></add>
5

</appSettings>
6

</configuration>
7

采用上面的解决方案，当系统在美国企业和中国企业之间切换时，我们需要做什么移植工作？

答案是: 我们仅仅需要修改配置文件，将factoryName的值改为American。

修改配置文件的工作很简单，只要写一篇幅配置文档说明书提供给移植该系统的团队(比如Hippo公司) 就可以方便地切换使该系统运行在美国或中国企业。

最后的修正（不是最终方案）

前面的解决方案几乎很完美，但是还有一点瑕疵，瑕疵虽小，但可能是致命的。

考虑一下，现在日本NEC公司决定购买该系统，NEC公司的工资的运算规则遵守的是日本的法律。如果采用上面的系统构架，这个移植我们要做哪些工作呢?

1. 增加新的业务规则类JapaneseTax,JapaneseBonus分别实现Tax和Bonus接口。

2. 修改AbstractFactory的getInstance方法，增加else if(factoryName.equals("Japanese")){....

注意: 系统中增加业务规则类不是模式所能解决的，无论采用什么设计模式，JapaneseTax,JapaneseBonus总是少不了的。（即增加了新系列产品）

我们真正不能接受的是：我们仍然修要修改系统中原来的类(AbstractFactory)。前面提到过该系统的移植工作，我们可能转包给一个叫Hippo的软件公司。为了维护版权，未将该系统的源码提供给Hippo公司，那么Hippo公司根本无法修改AbstractFactory，所以系统移植其实无从谈起，或者说系统移植总要开发人员亲自参与。

解决方案是将抽象工厂类中的条件判断语句，用.NET中发射机制代替，修改如下：

using System;
using System.Reflection;

namespace AbstractFactory
{
    /// <summary>
    /// AbstractFactory类
    /// </summary>
    public abstract class AbstractFactory
    {
        public static AbstractFactory GetInstance()
        {
            string factoryName = Constant.STR_FACTORYNAME.ToString();

            AbstractFactory instance;

            if(factoryName != "")
                instance = (AbstractFactory)Assembly.Load(factoryName).CreateInstance(factoryName);
            else
                instance = null;

            return instance;
        }

        public abstract Tax CreateTax();

        public abstract Bonus CreateBonus();
    }
}

这样，在我们编写的代码中就不会出现Chinese，American，Japanese等这样的字眼了。

小结

最后那幅图是最终版的系统模型图。我们发现作为客户端角色的Calculator仅仅依赖抽象类，它不必去理解中国和美国企业具体的业务规则如何实现，Calculator面对的仅仅是业务规则接口Tax和Bonus。

Softo系统的实际开发的分工可能是一个团队专门做业务规则，另一个团队专门做前端的业务规则组装。抽象工厂模式有助于这样的团队的分工: 两个团队通讯的约定是业务接口，由抽象工厂作为纽带粘合业务规则和前段调用，大大降低了模块间的耦合性，提高了团队开发效率。

完完全全地理解抽象工厂模式的意义非常重大，可以说对它的理解是你对OOP理解上升到一个新的里程碑的重要标志。学会了用抽象工厂模式编写框架类，你将理解OOP的精华:面向接口编程.。

应对“新对象”

抽象工厂模式主要在于应对“新系列”的需求变化。其缺点在于难于应付“新对象”的需求变动。如果在开发中出现了新对象，该如何去解决呢？这个问题并没有一个好的答案，下面我们看一下李建忠老师的回答：

“GOF《设计模式》中提出过一种解决方法，即给创建对象的操作增加参数，但这种做法并不能令人满意。事实上，对于新系列加新对象，就我所知，目前还没有完美的做法，只有一些演化的思路，这种变化实在是太剧烈了，因为系统对于新的对象是完全陌生的。”

实现要点

l 抽象工厂将产品对象的创建延迟到它的具体工厂的子类。

l 如果没有应对“多系列对象创建”的需求变化，则没有必要使用抽象工厂模式，这时候使用简单的静态工厂完全可以。

l 系列对象指的是这些对象之间有相互依赖、或作用的关系，例如游戏开发场景中的“道路”与“房屋”的依赖，“道路”与“地道”的依赖。