Abstract Factory Pattern

Oct 27, 2019

1. Introduction

Abstract Factory 模式主要解决的问题是，可以在不指定具体类名的前提下，提供API来生成 “multiple families of class” 的实例。在Abstract Factory中，我们将抽象零件组装成抽象产品，不关心具体的零件和工厂实现，只关心API。

2. Example

这里的例子中，上面的 factory 包中是抽象产品和抽象工厂，下面的 listfactory 包中则定义了具体的工厂和产品。

具体的类 ListLink，ListTray 以及 ListPage 需要实现父类中的抽象方法：makeHTML。这个例子就是想用一个抽象工厂来通过 getFactory() 方法获取不同的具体工厂，再利用抽象工厂中声明的方法 createLink, createTray, createPage 生成不同的实例，然后调用不同具体实例中的方法，最终生成HTML页面。由于我们可以有不同的具体工厂和具体产品的实现，就可以通过替换来使用同一套API生成不同的HTML页面。

抽象 Factory 的实现：

package factory;

public abstract class Factory {
    Factory factory = null;

    public static Factory getFactory(String classname) {
        try {
            factory = (Factory)Class.forName(classname).newInstance();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            System.err.println(classname + "Class not found");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return factory;
    }
    public abstract Link createLink(String caption, String url);
    public abstract Tray createTray(String caption);
    public abstract Page createPage(String title, String author);
}

Main class 的实现：

从上面的代码可以看出，我们可以通过传入类名字符串 String classname 的方法来获取具体的工厂实例，之后调用 abstract factory 中声明的 API 生成具体的产品。再通过使用具体产品中实现的抽象产品中的方法来实现功能。可以想象，如果我们有其他具体的实现（例如另一个具体工厂 TableFactory），就可以在不改变 main 函数（也就是调用方，client）的前提下实现不同的功能。

这里的 getFactory() 方法也可以有不同的设计，例如使用另一个类 class FactoryProvider 来提供这个方法，从而只在 abstract factory 类中声明需要的 factory 的 API signature 即可。

3. Abstract Factory 模式中的角色

1. AbstractProduct (抽象产品)

   负责定义AbstractFactory角色所生成的抽象零件和产品的API，在示例中，由Tray,Link,Page类扮演。

2. AbstractFactory （抽象工厂）

   负责定义用于生成抽象产品的API，在示例中的 Factory class 扮演这个角色。

3. Client （委托者）

   负责调用 AbstractFactory 角色和 AbstractProduct 角色的API进行工作，对于具体的零件，产品和工厂一无所知。在示例中由Main扮演。

4. ConcreteProduct （具体产品）

   由 ListLink, ListTray, ListPage 扮演

5. ConcreteFactory （具体工厂）

   由 ListFactory 扮演

4. 拓展思路

i. 易于增加具体的工厂

根据已经规定好的 abstract factory 和 abstract product 的API，我们可以轻易地编写更多的具体工厂和具体产品。

ii. 难以增加新的零件

如果需要增加新的零件，即增加生成抽象产品所需要的其他零件以及步骤，我们就可能需要对所有的具体工厂进行相应的修改。例如上面例子中，如果我们要加入Picture零件，我们就需要在 ListFactory 中加入 createPicture 方法，并且新增 ListPicture 类。（这里的零件指的是上面的Link和Tray，而产品指的是Page）。

5. 相关设计模式

1. Builder Pattern

   Abstract Factory 模式通过调用抽象产品的API来组装抽象产品，生成具有复杂结构的实例；Builder 模式则是分阶段制作复杂实例。

2. Factory Method Pattern

   有时 Abstract Factory 模式中零件和产品的生成会使用到 Factory Method 模式

3. Composite Pattern

   有时 Abstract Factory 模式在制作产品的时候会使用 Composite 模式

4. Singleton Pattern

   有时 Abstract Factory 模式中的具体工厂会使用到 Singleton 模式

6. 延伸：各种生成实例的方法

1. new

   使用 new 关键字生成，需要类名出现在代码中

2. clone

   如在 Prototype 模式中的 clone 方法，可以根据现有实例来复制新的实例

3. newInstance

   可以通过调用 java.lang.Class 类的 newInstance 方法可以通过 Class 类的实例生成出Class所表示的实例（会调用无参构造函数），例如 someobj.getClass().newInstance()。但是要注意这个函数会抛出InstantiationException异常或者IllegalAccessException异常，需要try catch。 Java 9 中 newInstance 方法已经被 deprecated，推荐使用的是 Class 类的 getDeclaredConstructor().newInstance() 方法.