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抽象工厂模式是一种创建型设计模式#xff0c;它提供了一种创建一组相关或相互依赖对象的方式#xff0c;而无需指定它们的具体类。该模式以一组抽象接口为核心#xff0c;包括抽象工厂接口和一组抽象产品接口#xff0c;每个具体工厂类负责创建特定…1 抽象工厂模式的定义
抽象工厂模式是一种创建型设计模式它提供了一种创建一组相关或相互依赖对象的方式而无需指定它们的具体类。该模式以一组抽象接口为核心包括抽象工厂接口和一组抽象产品接口每个具体工厂类负责创建特定产品家族保证这些产品之间的兼容性。客户端代码通过与抽象工厂和抽象产品接口交互可以轻松地切换不同工厂来创建不同系列的产品从而实现高内聚、低耦合的设计。
2 举例说明
抽象工厂模式可以通过小米和华为这两个公司的例子来解释。
抽象工厂 在抽象工厂模式中我们首先定义一个抽象工厂该工厂有多个方法每个方法负责创建不同类型的产品例如手机、电脑、手表等。在这个例子中我们将创建一个AbstractFactory其中包含了createPhone、createComputer、createWatch等方法分别用于创建手机、电脑和手表。 具体工厂 对于每个制造公司小米和华为我们会实现具体的工厂类这些工厂类继承了抽象工厂并实现了其中的方法。例如小米工厂类会实现createPhone方法以创建小米手机createComputer方法以创建小米电脑createWatch方法以创建小米手表。同样华为工厂类也会有相应的实现。 抽象产品 为了确保产品之间的兼容性我们定义一组抽象产品类如AbstractPhone、AbstractComputer、AbstractWatch等。每个抽象产品类定义了产品的通用接口例如AbstractPhone可以有makeCall方法。 具体产品 每个具体工厂类都会创建特定品牌的产品例如小米工厂会创建小米手机、小米电脑、小米手表等。这些具体产品类实现了抽象产品类的接口例如XiaomiPhone类实现了AbstractPhone接口的makeCall方法。 客户端 最后客户端代码可以选择使用哪个具体工厂小米或华为工厂然后通过工厂创建产品。客户端不需要了解具体的产品如何创建只需使用抽象工厂接口和抽象产品接口。
3 结构 描述抽象工厂模式的核心组件包括以下组件。 抽象工厂接口Abstract Factory 定义了一组方法每个方法用于创建某一类对象通常包括多个产品族的创建方法。 具体工厂类Concrete Factory 实现了抽象工厂接口负责创建具体的产品对象。每个具体工厂类通常对应一个产品族。 抽象产品接口Abstract Product 定义了一组方法用于描述产品的通用行为。 具体产品类Concrete Product 实现了抽象产品接口表示真正的产品对象。每个具体产品类属于某个产品族。
4 实现步骤
定义抽象产品接口Abstract Product 首先定义一组抽象产品接口每个接口代表一个产品族中的产品。这些接口包括一组方法描述了产品的通用行为。 定义抽象工厂接口Abstract Factory 创建一个抽象工厂接口其中包含多个用于创建不同产品的抽象方法。这个接口定义了一组产品族的创建方法。 创建具体产品类Concrete Product 对于每个产品族创建具体产品类实现对应的抽象产品接口。每个具体产品类表示一个具体的产品。 创建具体工厂类Concrete Factory 创建具体工厂类实现抽象工厂接口中的方法。每个具体工厂类负责创建特定产品族的产品。这些工厂类通常与具体产品类一一对应。 客户端使用抽象工厂 在客户端代码中不直接实例化具体产品类而是通过抽象工厂接口来创建产品对象。客户端只需与抽象工厂接口进行交互不需要关心具体的产品创建细节。
5 代码实现
下面的Java示例演示了如何使用抽象工厂模式创建不同品牌小米和华为的手机、电脑和手表。客户端代码可以通过切换工厂对象来创建不同品牌的产品而不需要了解具体产品的细节。这种方式确保了产品之间的兼容性同时使代码更加灵活和可扩展。
// 抽象产品类 - 手机
interface AbstractPhone {String makeCall();
}// 具体产品类 - 小米手机
class XiaomiPhone implements AbstractPhone {Overridepublic String makeCall() {return 使用小米手机打电话;}
}// 具体产品类 - 华为手机
class HuaweiPhone implements AbstractPhone {Overridepublic String makeCall() {return 使用华为手机打电话;}
}// 抽象产品类 - 电脑
interface AbstractComputer {String compute();
}// 具体产品类 - 小米电脑
class XiaomiComputer implements AbstractComputer {Overridepublic String compute() {return 使用小米电脑进行计算;}
}// 具体产品类 - 华为电脑
class HuaweiComputer implements AbstractComputer {Overridepublic String compute() {return 使用华为电脑进行计算;}
}// 抽象产品类 - 手表
interface AbstractWatch {String showTime();
}// 具体产品类 - 小米手表
class XiaomiWatch implements AbstractWatch {Overridepublic String showTime() {return 查看小米手表时间;}
}// 具体产品类 - 华为手表
class HuaweiWatch implements AbstractWatch {Overridepublic String showTime() {return 查看华为手表时间;}
}// 抽象工厂类
interface AbstractFactory {AbstractPhone createPhone();AbstractComputer createComputer();AbstractWatch createWatch();
}// 具体工厂类 - 小米工厂
class XiaomiFactory implements AbstractFactory {Overridepublic AbstractPhone createPhone() {return new XiaomiPhone();}Overridepublic AbstractComputer createComputer() {return new XiaomiComputer();}Overridepublic AbstractWatch createWatch() {return new XiaomiWatch();}
}// 具体工厂类 - 华为工厂
class HuaweiFactory implements AbstractFactory {Overridepublic AbstractPhone createPhone() {return new HuaweiPhone();}Overridepublic AbstractComputer createComputer() {return new HuaweiComputer();}Overridepublic AbstractWatch createWatch() {return new HuaweiWatch();}
}// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {// 使用小米工厂AbstractFactory xiaomiFactory new XiaomiFactory();AbstractPhone xiaomiPhone xiaomiFactory.createPhone();AbstractComputer xiaomiComputer xiaomiFactory.createComputer();AbstractWatch xiaomiWatch xiaomiFactory.createWatch();System.out.println(xiaomiPhone.makeCall());System.out.println(xiaomiComputer.compute());System.out.println(xiaomiWatch.showTime());// 使用华为工厂AbstractFactory huaweiFactory new HuaweiFactory();AbstractPhone huaweiPhone huaweiFactory.createPhone();AbstractComputer huaweiComputer huaweiFactory.createComputer();AbstractWatch huaweiWatch huaweiFactory.createWatch();System.out.println(huaweiPhone.makeCall());System.out.println(huaweiComputer.compute());System.out.println(huaweiWatch.showTime());}
}6 典型应用场景
抽象工厂模式在许多典型应用场景中都非常有用以下是两个具体的应用场景。
6.1 不同数据库的连接和操作
在软件开发中经常需要与不同类型的数据库系统进行交互如MySQL、Oracle、SQL Server等。不同数据库系统具有不同的连接和SQL语句执行方式。在这种情况下抽象工厂模式可以应用如下 抽象工厂接口 定义了创建数据库连接对象和SQL语句执行对象的方法。 具体工厂类 每个具体数据库系统都有自己的工厂类实现了抽象工厂接口。例如MySQLFactory、OracleFactory、SQLServerFactory等工厂类。 抽象产品类 定义了数据库连接对象和SQL语句执行对象的通用接口如AbstractConnection和AbstractStatement。 具体产品类 每个具体数据库系统都有自己的产品类实现了抽象产品接口例如MySQLConnection、OracleConnection、SQLServerConnection以及对应的SQL语句执行对象。 使用抽象工厂模式客户端代码可以选择使用特定的工厂然后使用该工厂创建数据库连接和SQL语句执行对象而无需关心不同数据库系统的细节差异。
6.2 不同操作系统的图形界面
在跨平台应用程序开发中需要适应不同操作系统如Windows、macOS、Linux的图形用户界面GUI。不同操作系统提供不同的窗口、按钮、文本框等UI组件以及UI交互行为。抽象工厂模式可以应用如下 抽象工厂接口 定义了创建不同操作系统下的UI组件的方法如AbstractWindowFactory、AbstractButtonFactory等。 具体工厂类 为每个操作系统创建具体工厂类实现了抽象工厂接口如WindowsFactory、MacOSFactory、LinuxFactory。 抽象产品类 定义了不同UI组件的通用接口如AbstractWindow、AbstractButton等。 具体产品类 每个具体操作系统都有自己的产品类实现了抽象产品接口例如WindowsWindow、MacOSWindow、LinuxWindow以及对应的按钮等。 使用抽象工厂模式应用程序可以在运行时选择合适的工厂以确保在不同操作系统上拥有一致的UI体验同时不需要关心底层UI组件的创建和差异。
7 优缺点
优点 抽象性和灵活性 抽象工厂模式封装了对象的创建过程使客户端代码与具体类解耦。客户端只需要依赖于抽象接口可以轻松切换不同的产品族而不影响客户端代码。 一致性保证 抽象工厂模式确保了一组相关产品的一致性因为它们由同一个工厂创建。 符合开闭原则 向系统中添加新的产品族是相对容易的而不需要修改现有代码符合开闭原则。 缺点 复杂性增加 抽象工厂模式引入了多个抽象类和接口可能增加了系统的复杂性。 不易扩展新产品 如果需要添加新的产品种类必须同时扩展抽象工厂接口和所有具体工厂类这可能导致一定的工作量。 产品族之间的扩展困难 如果需要扩展现有产品族可能需要修改多个工厂类使其支持新的产品。
8 类似模式
抽象工厂模式、工厂方法模式和简单工厂模式都是创建型设计模式用于对象的创建但它们在解决不同问题和应用场景中有不同的角色和关系。 简单工厂模式 简单工厂模式是最基本的工厂模式它通过一个工厂类来创建不同类型的对象根据传入的参数或条件决定创建哪种具体产品。它适用于创建单一类型的对象但缺乏扩展性和灵活性。 工厂方法模式 工厂方法模式引入了多个具体工厂类每个具体工厂类负责创建一种具体产品客户端通过与抽象工厂接口交互选择使用哪个具体工厂来创建对象。这种模式支持多个产品类型的扩展但需要客户端知道所使用的工厂类。 抽象工厂模式 抽象工厂模式进一步抽象了工厂方法模式引入了多个抽象产品家族和多个具体工厂类。它用于创建一组相关的产品对象确保这些对象之间的一致性和兼容性。客户端代码与具体产品无关只需与抽象工厂和抽象产品接口交互。 关系总结抽象工厂模式是工厂方法模式的扩展而工厂方法模式又是简单工厂模式的扩展。它们的使用场景逐渐从单一对象创建到多个相关对象的创建从而提供了更多的灵活性和可扩展性。选择哪种模式取决于具体需求和设计目标。
9 小结
总之抽象工厂模式通过提供一个接口来封装对象的创建过程使得系统更加灵活、可扩展同时确保了相关对象之间的一致性。这有助于降低代码的耦合度并促进了面向接口编程的实践
