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java23种设计模式-抽象工厂模式

article 2025/2/25 18:02:44

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）学习笔记

🌟 定义

抽象工厂模式属于创建型设计模式，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。是工厂方法模式的升级版，支持多个产品族的创建。

🎯 适用场景

需要创建产品家族（多个关联产品）
系统要独立于产品的创建、组合和表示
需要确保产品之间的兼容性
需要切换不同产品系列
产品对象有多个创建约束条件

🔧 模式结构

📐 类图

🛠️ 核心组成

AbstractFactory（抽象工厂）
- 声明创建产品族的方法集合
ConcreteFactory（具体工厂）
- 实现抽象工厂接口，创建特定产品族的对象
AbstractProduct（抽象产品）
- 定义产品接口，多个产品构成产品族
ConcreteProduct（具体产品）
- 实现抽象产品接口的具体类

📝 代码示例

跨平台UI组件案例

// 抽象产品：按钮
interface Button {
    void render();
}

// 具体产品：Windows按钮
class WindowsButton implements Button {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("渲染Windows风格按钮");
    }
}

// 具体产品：MacOS按钮
class MacOSButton implements Button {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("渲染MacOS风格按钮");
    }
}

// 抽象产品：文本框
interface TextField {
    void input();
}

// 具体产品：Windows文本框
class WindowsTextField implements TextField {
    @Override
    public void input() {
        System.out.println("Windows文本框输入");
    }
}

// 具体产品：MacOS文本框
class MacOSTextField implements TextField {
    @Override
    public void input() {
        System.out.println("MacOS文本框输入");
    }
}

// 抽象工厂
interface GUIFactory {
    Button createButton();
    TextField createTextField();
}

// 具体工厂：Windows组件工厂
class WindowsFactory implements GUIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new WindowsButton();
    }

    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new WindowsTextField();
    }
}

// 具体工厂：MacOS组件工厂
class MacOSFactory implements GUIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new MacOSButton();
    }

    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new MacOSTextField();
    }
}

// 客户端代码
public class Application {
    private Button button;
    private TextField textField;

    public Application(GUIFactory factory) {
        button = factory.createButton();
        textField = factory.createTextField();
    }

    public void renderUI() {
        button.render();
        textField.input();
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 根据配置选择工厂
        GUIFactory factory = getOSFactory();
        Application app = new Application(factory);
        app.renderUI();
    }

    private static GUIFactory getOSFactory() {
        String osName = System.getProperty("os.name").toLowerCase();
        if (osName.contains("win")) {
            return new WindowsFactory();
        } else {
            return new MacOSFactory();
        }
    }
}

✅ 优点

产品族一致性：保证创建的对象相互兼容
切换产品族方便：只需更换具体工厂
解耦客户端与具体类：客户端只操作抽象接口
符合开闭原则（对扩展开放-新增产品族）
符合单一职责原则：将产品创建逻辑集中管理

⚠️ 缺点

扩展产品等级困难（对修改关闭-新增产品类型）
类数量膨胀（n个产品族×m个产品类型=n×m个类）
增加系统抽象性（需要先设计好产品结构）
需要提前预判产品变化方向

🔄 相关模式对比

模式	区别
工厂方法模式	单个产品等级 vs 多个产品等级
建造者模式	分步构建复杂对象 vs 创建产品家族
原型模式	克隆现有对象 vs 创建新对象系列

💡 实践建议

产品族设计原则：
- 同一产品族中的对象需要协同工作
- 不同产品族的对象不应混合使用

层次结构管理：

// 使用Map维护工厂实例
public class FactoryProducer {
    private static Map<String, GUIFactory> factories = new HashMap<>();
    
    static {
        factories.put("Windows", new WindowsFactory());
        factories.put("MacOS", new MacOSFactory());
    }
    
    public static GUIFactory getFactory(String type) {
        return factories.get(type);
    }
}

扩展策略：
- 新增产品族：添加新工厂+对应产品实现
- 新增产品类型：需要修改所有工厂接口（慎用）

组合使用技巧：

// 结合单例模式管理工厂
class MacOSFactory {
    private static final MacOSFactory INSTANCE = new MacOSFactory();
    private MacOSFactory() {}
    public static MacOSFactory getInstance() { return INSTANCE; }
}

🚀 典型应用

跨平台UI框架：
- Java AWT/Swing的Peer机制
- Android/iOS跨平台开发

数据库访问层：

// 抽象产品：Connection/Statement
interface DatabaseFactory {
    Connection createConnection();
    Statement createStatement();
}

// 具体产品：MySQL/Oracle实现

游戏引擎：
- 不同画风的角色/场景/道具组合
- 不同物理引擎的实现组合
企业级中间件：
- 不同消息队列的Connection/Session组合
- 不同云服务的存储/计算组件组合

📌 实现注意事项

空对象处理：

// 空产品实现示例
class NullButton implements Button {
    @Override
    public void render() {
        // 无操作实现
    }
}

参数化工厂：

// 通过枚举类型选择产品
enum ThemeType { MATERIAL, FLAT, RETRO }

class ThemeFactory {
    public static GUIFactory getFactory(ThemeType type) {
        switch(type) {
            case MATERIAL: return new MaterialFactory();
            case FLAT: return new FlatFactory();
            default: return new RetroFactory();
        }
    }
}

组合产品创建：

// 创建关联产品组
interface VehicleFactory {
    Engine createEngine();
    Wheel createWheel();
    Light createLight();
}

class CarFactory implements VehicleFactory {
    // 实现各部件创建方法
}