工厂三兄弟之抽象工厂模式(五)

5 “开闭原则”的倾斜性

Sunny公司使用抽象工厂模式设计了界面皮肤库,该皮肤库可以较为方便地增加新的皮肤,但是现在遇到一个非常严重的问题:由于设计时考虑不全面,忘记为单选按钮(RadioButton)提供不同皮肤的风格化显示,导致无论选择哪种皮肤,单选按钮都显得那么“格格不入”。Sunny公司的设计人员决定向系统中增加单选按钮,但是发现原有系统居然不能够在符合“开闭原则”的前提下增加新的组件,原因是抽象工厂SkinFactory中根本没有提供创建单选按钮的方法,如果需要增加单选按钮,首先需要修改抽象工厂接口SkinFactory,在其中新增声明创建单选按钮的方法,然后逐个修改具体工厂类,增加相应方法以实现在不同的皮肤中创建单选按钮,此外还需要修改客户端,否则单选按钮无法应用于现有系统。

怎么办?答案是抽象工厂模式无法解决该问题,这也是抽象工厂模式最大的缺点。在抽象工厂模式中,增加新的产品族很方便,但是增加新的产品等级结构很麻烦,抽象工厂模式的这种性质称为“开闭原则”的倾斜性。“开闭原则”要求系统对扩展开放,对修改封闭,通过扩展达到增强其功能的目的,对于涉及到多个产品族与多个产品等级结构的系统,其功能增强包括两方面:

(1) 增加产品族:对于增加新的产品族,抽象工厂模式很好地支持了“开闭原则”,只需要增加具体产品并对应增加一个新的具体工厂,对已有代码无须做任何修改。

(2) 增加新的产品等级结构:对于增加新的产品等级结构,需要修改所有的工厂角色,包括抽象工厂类,在所有的工厂类中都需要增加生产新产品的方法,违背了“开闭原则”。

正因为抽象工厂模式存在“开闭原则”的倾斜性,它以一种倾斜的方式来满足“开闭原则”,为增加新产品族提供方便,但不能为增加新产品结构提供这样的方便,因此要求设计人员在设计之初就能够全面考虑,不会在设计完成之后向系统中增加新的产品等级结构,也不会删除已有的产品等级结构,否则将会导致系统出现较大的修改,为后续维护工作带来诸多麻烦。

6 抽象工厂模式总结

抽象工厂模式是工厂方法模式的进一步延伸,由于它提供了功能更为强大的工厂类并且具备较好的可扩展性,在软件开发中得以广泛应用,尤其是在一些框架和API类库的设计中,例如在Java语言的AWT(抽象窗口工具包)中就使用了抽象工厂模式,它使用抽象工厂模式来实现在不同的操作系统中应用程序呈现与所在操作系统一致的外观界面。抽象工厂模式也是在软件开发中最常用的设计模式之一。

  1. 主要优点

抽象工厂模式的主要优点如下:

(1) 抽象工厂模式隔离了具体类的生成,使得客户并不需要知道什么被创建。由于这种隔离,更换一个具体工厂就变得相对容易,所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的那些公共接口,因此只需改变具体工厂的实例,就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为。

(2) 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时,它能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

(3) 增加新的产品族很方便,无须修改已有系统,符合“开闭原则”。

  1. 主要缺点

抽象工厂模式的主要缺点如下:

增加新的产品等级结构麻烦,需要对原有系统进行较大的修改,甚至需要修改抽象层代码,这显然会带来较大的不便,违背了“开闭原则”。

  1. 适用场景

在以下情况下可以考虑使用抽象工厂模式:

(1) 一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节,这对于所有类型的工厂模式都是很重要的,用户无须关心对象的创建过程,将对象的创建和使用解耦。

(2) 系统中有多于一个的产品族,而每次只使用其中某一产品族。可以通过配置文件等方式来使得用户可以动态改变产品族,也可以很方便地增加新的产品族。

(3) 属于同一个产品族的产品将在一起使用,这一约束必须在系统的设计中体现出来。同一个产品族中的产品可以是没有任何关系的对象,但是它们都具有一些共同的约束,如同一操作系统下的按钮和文本框,按钮与文本框之间没有直接关系,但它们都是属于某一操作系统的,此时具有一个共同的约束条件:操作系统的类型。

(4) 产品等级结构稳定,设计完成之后,不会向系统中增加新的产品等级结构或者删除已有的产品等级结构。

练习

Sunny软件公司欲推出一款新的手机游戏软件,该软件能够支持Symbian、Android和Windows Mobile等多个智能手机操作系统平台,针对不同的手机操作系统,该游戏软件提供了不同的游戏操作控制(OperationController)类和游戏界面控制(InterfaceController)类,并提供相应的工厂类来封装这些类的初始化过程。软件要求具有较好的扩展性以支持新的操作系统平台,为了满足上述需求,试采用抽象工厂模式对其进行设计。

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