09、抽象工厂模式

工厂模式 (Factory Pattern),根据输入的不同返回不同类的实例,一般用来创建同一类对象。工厂方式的主要思想是将对象的创建与对象的实现分离。

抽象工厂 (Abstract Factory):通过对类的工厂抽象使其业务用于对产品类簇的创建,而不是负责创建某一类产品的实例。关键在于使用抽象类制定了实例的结构,调用者直接面向实例的结构编程,从实例的具体实现中解耦。

我们知道 JavaScript 并不是强面向对象语言,所以使用传统编译型语言比如 JAVA、C#、C++ 等实现的设计模式和 JavaScript 不太一样,比如JavaScript 中没有原生的类和接口等等,不过 ES6+ 渐渐提供类似的语法糖,我们可以用变通的方式来解决。最重要的是设计模式背后的核心思想和它所要解决的问题。

1. 你曾见过的抽象工厂模式

还是使用上一节工厂模式中使用的饭店例子。

你再次来到了小区的饭店,跟老板说来一份鱼香肉丝,来一份宫保鸡丁,来一份番茄鸡蛋汤,来一份排骨汤。无论什么样的菜,还是什么样的汤,他们都具有同样的属性,比如菜都可以吃,汤都可以喝。所以我们不论拿到什么菜,都可以吃,而不论拿到什么汤,都可以喝。对于饭店也一样,这个饭店可以做菜做汤,另一个饭店也可以,那么这两个饭店就具有同样的功能结构。

上面的场景都是属于抽象工厂模式的例子。菜类属于抽象产品类,制定具体产品菜类所具备的属性,而饭店和之前的工厂模式一样,负责具体生产产品实例,访问者通过老板获取想拿的产品。只要我们点的是汤类,即使还没有被做出来,我们就知道是可以喝的。推广一下,饭店功能也可以被抽象,继承这个类的饭店实例都具有做菜和做汤的功能,这样也完成了抽象类对实例的结构约束。

在类似场景中,这些例子有特点:只要实现了抽象类的实例,都实现了抽象类制定的结构;

2. 实例的代码实现

我们知道 JavaScript 并不强面向对象,也没有提供抽象类,但是可以模拟抽象类。用对 new.target来判断 new 的类,在父类方法中 throw new Error(),如果子类中没有实现这个方法就会抛错,这样来模拟抽象类:

// 抽象类,ES6 class 方式 
class AbstractClass1 {
    constructor() {
        if (new.target === AbstractClass1) {
            throw new Error('抽象类不能直接实例化!')
        }
    };
    // 抽象方法
    operate() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }
}

// 抽象类,ES5 构造函数方式 
var AbstractClass2 = function () {
    if (new.target === AbstractClass2) {
        throw new Error('抽象类不能直接实例化!')
    }
}
// 抽象方法,使用原型方式添加 
AbstractClass2.prototype.operate = function () { throw new Error('抽象方法不能调用!') }

下面用JavaScript 将上面介绍的饭店例子实现一下。

首先使用原型方式:

// 饭店方法 
function Restaurant() {};

Restaurant.orderDish = function(type) {
    switch (type) {
        case '鱼香肉丝':
            return new YuXiangRouSi()
        case '宫保鸡丁':
            return new GongBaoJiDing()
        case '紫菜蛋汤':
            return new ZiCaiDanTang()
        default:
            throw new Error('本店没有这个')
    }
}

// 菜品抽象类
function Dish() { this.kind = '菜' }
Dish.prototype.eat = function() { throw new Error('抽象方法不能调用!') };

// 鱼香肉丝类 
function YuXiangRouSi() { this.type = '鱼香肉丝' };
YuXiangRouSi.prototype = new Dish();
YuXiangRouSi.prototype.eat = function() {
    console.log(this.kind + ' - ' + this.type + ' 真香~');
};
// 宫保鸡丁类 
function GongBaoJiDing() { this.type = '宫保鸡丁' };
GongBaoJiDing.prototype = new Dish();
GongBaoJiDing.prototype.eat = function() {
    console.log(this.kind + ' - ' + this.type + ' 让我想起了外婆做的菜');
};
const dish1 = Restaurant.orderDish('鱼香肉丝');
dish1.eat();
// 菜 - 鱼香肉丝 真香
const dish2 = Restaurant.orderDish('红烧排骨');
// Error 本店没有这个

使用class 语法改写一下:

// 饭店方法
class Restaurant {
    static orderDish(type) {
        switch (type) {
            case '鱼香肉丝':
                return new YuXiangRouSi();
            case '宫保鸡丁':
                return new GongBaoJiDin();
            default:
                throw new Error('本店没有这个')
        }
    }
}

// 菜品抽象类
class Dish {
    constructor() {

        if (new.target === Dish) {
            throw new Error('抽象类不能直接实例化!')
        }
        this.kind = '菜'
    }

    // 抽象方法
    eat() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }
}

// 鱼香肉丝类
class YuXiangRouSi extends Dish {
    constructor() {
        super()
        this.type = '鱼香肉丝'
    }
    eat() { console.log(this.kind + ' - ' + this.type + ' 真香') }
}

// 宫保鸡丁类
class GongBaoJiDin extends Dish {
    constructor() {
        super();
        this.type = '宫保鸡丁';
    }
    eat() { console.log(this.kind + ' - ' + this.type + ' 让我想起了外婆做的菜') }
}

const dish0 = new Dish();                                          
// Error 抽象类不能直接实例化

const dish1 = Restaurant.orderDish('鱼香肉丝');
dish1.eat();                                                                    
// 菜 - 鱼香肉丝 真香

const dish2 = Restaurant.orderDish('红烧排骨');
// Error 本店没有这个

这里的Dish 类就是抽象产品类,继承该类的子类需要实现它的方法 eat。

上面的实现将产品的功能结构抽象出来成为抽象产品类。事实上我们还可以更进一步,将工厂类也使用抽象类约束一下,也就是抽象工厂类,比如这个饭店可以做菜和汤,另一个饭店也可以做菜和汤,存在共同的功能结构,就可以将共同结构作为抽象类抽象出来,实现如下:

// 饭店 抽象类,饭店都可以做菜和汤
class AbstractRestaurant {
    constructor() {
        if (new.target === AbstractRestaurant) {
            throw new Error('抽象类不能直接实例化!')
        }
        this.signborad = '饭店'
    }
    // 抽象方法:创建菜
    createDish() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }

    // 抽象方法:创建汤
    createSoup() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }
}

// 饭店 具体类 
class Restaurant extends AbstractRestaurant {

    constructor() { super() }
    createDish(type) {
        switch (type) {
            case '鱼香肉丝':
                return new YuXiangRouSi();
            case '宫保鸡丁':
                return new GongBaoJiDing();
            default:
                throw new Error('本店没这个菜');
        }
    }
    createSoup(type) {
        switch (type) {
            case '紫菜蛋汤':
                return new ZiCaiDanTang();
            default:
                throw new Error('本店没这个汤');
        }
    }
}
// 菜 抽象类,菜都有吃的功能
class AbstractDish {
    constructor() {
        if (new.target === AbstractDish) {
            throw new Error('抽象类不能直接实例化!')
        }
        this.kind = '菜'
    }

    // 抽象方法
    eat() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }
}

// 菜 鱼香肉丝类
class YuXiangRouSi extends AbstractDish {
    constructor() {
        super()
        this.type = '鱼香肉丝'
    }
    eat() { console.log(this.kind + ' - ' + this.type + ' 真香~') }
}
// 菜 宫保鸡丁类
class GongBaoJiDing extends AbstractDish {
    constructor() {
        super()
        this.type = '宫保鸡丁'
    }
    eat() { console.log(this.kind + ' - ' + this.type + ' 让我想起了外婆做的菜') }
}

// 汤 抽象类,汤都有喝的功能
class AbstractSoup {
    constructor() {
        if (new.target === AbstractDish) {
            throw new Error('抽象类不能直接实例化!')
        }
        this.kind = '汤'
    }
    // 抽象方法
    drink() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }
}

// 汤 紫菜蛋汤类
class ZiCaiDanTang extends AbstractSoup {
    constructor() {
        super()
        this.type = '紫菜蛋汤'
    }
    drink() { console.log(this.kind + ' - ' + this.type + ' 我从小喝到大') }
}

const restaurant = new Restaurant();

const soup1 = restaurant.createSoup('紫菜蛋汤');
soup1.drink();
// 汤 - 紫菜蛋汤 我从小喝到大
const dish1 = restaurant.createDish('鱼香肉丝');
dish1.eat();
// 菜 - 鱼香肉丝 真香
const dish2 = restaurant.createDish('红烧排骨');
// Error 本店没有这个

这样如果创建新的饭店,新的饭店继承这个抽象饭店类,那么也要实现抽象饭店类,这样就都具有抽象饭店类制定的结构。

3. 抽象工厂模式的通用实现

我们提炼一下抽象工厂模式,饭店还是工厂(Factory),菜品种类是抽象类(AbstractProduct),而实现抽象类的菜品是具体的产品(Product),通过工厂拿到实现了不同抽象类的产品,这些产品可以根据实现的抽象类被区分为类簇。主要有下面几个概念:

1、 Factory:工厂,负责返回产品实例;

2、 AbstractFactory:虚拟工厂,制定工厂实例的结构;

3、 Product:产品,访问者从工厂中拿到的产品实例,实现抽象类;

4、 AbstractProduct:产品抽象类,由具体产品实现,制定产品实例的结构;

概略图如下:

*

下面是通用的实现,原型方式略过:

// 工厂 抽象类
class AbstractFactory {
    constructor() {
        if (new.target === AbstractFactory){
            throw new Error('抽象类不能直接实例化!')
        }
    }

    // 抽象方法
    createProduct() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }
}

// 工厂 具体类
class Factory extends AbstractFactory {
    constructor() { super() }
    createProduct(type) {
        switch (type) {
            case 'Product1':
                return new Product1();
            case 'Product2':
                return new Product2();
            default:
                throw new Error('当前没有这个产品');
        }
    }
}


// 产品 抽象类
class AbstractProduct {
    constructor() {
        if (new.target === AbstractProduct){
            throw new Error('抽象类不能直接实例化!');
        }
        this.kind = '抽象产品类'
    }
    // 抽象方法
    operate() { throw new Error('抽象方法不能调用!') }
}

// 产品 具体类1 
class Product1 extends AbstractProduct {
    constructor() {
        super();
        this.type = 'Product1';
    }

    operate() { console.log(this.kind + ' - ' + this.type) }
}

// 产品 具体类2
class Product2 extends AbstractProduct {
    constructor() {
        super();
        this.type = 'Product2';
    }

    operate() { console.log(this.kind + ' - ' + this.type) }
}

const factory = new Factory();
const product1 = factory.createProduct1('Product1');
prod1.operate();
// 抽象产品类 - Product1
const product2 = factory.createProduct1('Product3');    
// Error 当前没有这个产品

如果希望增加第二个类簇的产品,除了需要改一下对应工厂类之外,还需要增加一个抽象产品类,并在抽象产品类基础上扩展新的产品。

我们在实际使用的时候不一定需要每个工厂都继承抽象工厂类,比如只有一个工厂的话我们可以直接使用工厂模式,在实战中灵活使用。

4. 抽象工厂模式的优缺点

抽象模式的优点:抽象产品类将产品的结构抽象出来,访问者不需要知道产品的具体实现,只需要面向产品的结构编程即可,从产品的具体实现中解耦;

抽象模式的缺点:

1、 扩展新类簇的产品类比较困难,因为需要创建新的抽象产品类,并且还要修改工厂类,违反开放封闭原则;

2、 带来了系统复杂度,增加了新的类,和新的继承关系;

5. 抽象工厂模式的使用场景

如果一组实例都有相同的结构,那么就可以使用抽象工厂模式。

6. 其他相关模式

6.1. 抽象工厂模式与工厂模式

工厂模式和抽象工厂模式的区别:

1、 工厂模式主要关注单独的产品实例的创建;

2、 抽象工厂模式主要关注产品类簇实例的创建,如果产品类簇只有一个产品,那么这时的抽象工厂模式就退化为工厂模式了;

根据场景灵活使用即可。

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