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抽象工厂模式 (Abstract Factory Pattern)

什么是抽象工厂模式？

抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供一个接口，用于创建相关或依赖对象族，而无需指定它们具体的类。

简单来说：抽象工厂模式就是创建一系列相关的对象，而不是单个对象。

生活中的例子

想象一家家具制造厂：

• 产品族：现代风格家具、古典风格家具
• 产品等级：椅子、沙发、桌子

抽象工厂模式可以确保：

• 现代风格的椅子、沙发、桌子搭配在一起
• 古典风格的椅子、沙发、桌子搭配在一起
• 不会出现现代椅子配古典沙发的情况

为什么需要抽象工厂模式？

工厂方法模式的局限

工厂方法模式只能创建一种类型的产品。如果需要创建多个相关产品，就需要多个工厂，这样会导致：

1. 工厂类数量爆炸：每种产品都需要一个工厂
2. 产品族无法保证一致性：可能创建出不匹配的产品组合

抽象工厂模式的优势

1. 产品族一致性：确保创建的产品属于同一个产品族
2. 代码解耦：客户端不需要知道具体创建的是哪个产品族
3. 易于扩展：新增产品族时，只需新增对应的工厂类

抽象工厂模式的结构

┌─────────────────────────┐ │ AbstractFactory │ 抽象工厂 ├─────────────────────────┤ │ + createProductA(): A │ │ + createProductB(): B │ │ + createProductC(): C │ └──────────┬──────────────┘ │ 继承 ├──┬──────────────────┬──────────────┐ │ │ │ ┌──────────┴──────────┐ ┌───────┴───────────┐ ┌───┴────────┐ │ ConcreteFactory1 │ │ ConcreteFactory2 │ │ ... │ 具体工厂 └─────────────────────┘ └───────────────────┘ └────────────┘ ┌─────────────────────────┐ │ AbstractProductA │ 抽象产品A ├─────────────────────────┤ │ + operation(): void │ └──────────┬──────────────┘ │ 继承 ├──┬──────────────────┬──────────────┐ │ │ │ ┌──────────┴──────────┐ ┌───────┴───────────┐ ┌───┴────────┐ │ ProductA1 │ │ ProductA2 │ │ ... │ 具体产品A └─────────────────────┘ └───────────────────┘ └────────────┘ ┌─────────────────────────┐ │ AbstractProductB │ 抽象产品B ├─────────────────────────┤ │ + operation(): void │ └──────────┬──────────────┘ │ 继承 ├──┬──────────────────┬──────────────┐ │ │ │ ┌──────────┴──────────┐ ┌───────┴───────────┐ ┌───┴────────┐ │ ProductB1 │ │ ProductB2 │ │ ... │ 具体产品B └─────────────────────┘ └───────────────────┘ └────────────┘

代码示例

1. 定义抽象产品

// 抽象产品：形状接口publicinterfaceShape{/** * 绘制形状 */voiddraw();}// 抽象产品：颜色接口publicinterfaceColor{/** * 填充颜色 */voidfill();}

2. 定义具体产品

// 具体产品：圆形publicclassCircleimplementsShape{@Overridepublicvoiddraw(){System.out.println("绘制圆形");}}// 具体产品：矩形publicclassRectangleimplementsShape{@Overridepublicvoiddraw(){System.out.println("绘制矩形");}}// 具体产品：正方形publicclassSquareimplementsShape{@Overridepublicvoiddraw(){System.out.println("绘制正方形");}}// 具体产品：红色publicclassRedimplementsColor{@Overridepublicvoidfill(){System.out.println("填充红色");}}// 具体产品：绿色publicclassGreenimplementsColor{@Overridepublicvoidfill(){System.out.println("填充绿色");}}// 具体产品：蓝色publicclassBlueimplementsColor{@Overridepublicvoidfill(){System.out.println("填充蓝色");}}

3. 定义抽象工厂

/** * 抽象工厂：形状和颜色工厂 * 定义了创建形状和颜色的抽象方法 */publicinterfaceAbstractFactory{/** * 创建形状 * @param shapeType 形状类型 * @return 形状实例 */ShapegetShape(StringshapeType);/** * 创建颜色 * @param colorType 颜色类型 * @return 颜色实例 */ColorgetColor(StringcolorType);}

4. 定义具体工厂

/** * 具体工厂：形状工厂 * 负责创建各种形状 */publicclassShapeFactoryimplementsAbstractFactory{@OverridepublicShapegetShape(StringshapeType){if(shapeType==null){returnnull;}if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){returnnewCircle();}elseif(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){returnnewRectangle();}elseif(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){returnnewSquare();}returnnull;}@OverridepublicColorgetColor(StringcolorType){// 形状工厂不负责创建颜色returnnull;}}/** * 具体工厂：颜色工厂 * 负责创建各种颜色 */publicclassColorFactoryimplementsAbstractFactory{@OverridepublicShapegetShape(StringshapeType){// 颜色工厂不负责创建形状returnnull;}@OverridepublicColorgetColor(StringcolorType){if(colorType==null){returnnull;}if(colorType.equalsIgnoreCase("RED")){returnnewRed();}elseif(colorType.equalsIgnoreCase("GREEN")){returnnewGreen();}elseif(colorType.equalsIgnoreCase("BLUE")){returnnewBlue();}returnnull;}}

5. 定义工厂生产者

/** * 工厂生产者：工厂创建器 * 根据传入的类型返回相应的工厂 */publicclassFactoryProducer{/** * 获取工厂 * @param choice 工厂类型 * @return 工厂实例 */publicstaticAbstractFactorygetFactory(Stringchoice){if(choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")){returnnewShapeFactory();}elseif(choice.equalsIgnoreCase("COLOR")){returnnewColorFactory();}returnnull;}}

6. 使用工厂

/** * 抽象工厂模式演示类 * 演示如何使用抽象工厂模式创建形状和颜色 */publicclassAbstractFactoryPatternDemo{publicstaticvoidmain(String[]args){System.out.println("=== 抽象工厂模式演示 - 形状和颜色 ===\n");// 获取形状工厂AbstractFactoryshapeFactory=FactoryProducer.getFactory("SHAPE");// 获取颜色工厂AbstractFactorycolorFactory=FactoryProducer.getFactory("COLOR");// 创建形状System.out.println("--- 绘制形状 ---");Shapeshape1=shapeFactory.getShape("CIRCLE");shape1.draw();Shapeshape2=shapeFactory.getShape("RECTANGLE");shape2.draw();Shapeshape3=shapeFactory.getShape("SQUARE");shape3.draw();// 创建颜色System.out.println("\n--- 填充颜色 ---");Colorcolor1=colorFactory.getColor("RED");color1.fill();Colorcolor2=colorFactory.getColor("GREEN");color2.fill();Colorcolor3=colorFactory.getColor("BLUE");color3.fill();System.out.println("\n=== 抽象工厂模式的优势 ===");System.out.println("1. 产品族一致性：可以创建相关的对象族");System.out.println("2. 代码解耦：客户端不需要知道具体创建的是哪个产品");System.out.println("3. 易于扩展：新增产品族时，只需新增对应的工厂类");System.out.println("\n=== 实际应用场景 ===");System.out.println("1. UI组件库：不同风格的按钮、文本框、菜单");System.out.println("2. 数据库访问：不同数据库的连接、命令、参数");System.out.println("3. 游戏开发：不同风格的道具、角色、场景");System.out.println("4. 配置管理：不同环境的配置对象");System.out.println("\n=== 与工厂方法的区别 ===");System.out.println("工厂方法：创建单个对象");System.out.println("抽象工厂：创建对象族（多个相关对象）");System.out.println("\n=== 扩展性说明 ===");System.out.println("新增形状：只需在ShapeFactory中添加新的形状类");System.out.println("新增颜色：只需在ColorFactory中添加新的颜色类");System.out.println("新增产品族：需要修改AbstractFactory接口和所有工厂类");}}

抽象工厂模式的优点

1. 产品族一致性：确保创建的产品属于同一个产品族
2. 代码解耦：客户端与具体产品解耦
3. 易于扩展：新增产品族时，只需新增对应的工厂类
4. 符合开闭原则：对扩展开放，对修改关闭

抽象工厂模式的缺点

1. 扩展困难：新增产品等级（新增产品类型）需要修改所有工厂类
2. 类数量爆炸：每增加一个产品族，就需要增加多个产品类
3. 系统复杂度增加：引入了多个抽象层，增加了系统的理解难度

适用场景

1. 需要创建产品族：需要创建一系列相关的对象
2. 产品族需要一致性：确保创建的产品属于同一个产品族
3. 系统独立于产品的创建：客户端不依赖具体产品的创建细节
4. 多个产品族：系统有多个产品族，且产品族可能继续增加

常见应用场景

• 跨平台UI开发：Windows风格、Mac风格、Linux风格
• 数据库访问：MySQL、Oracle、PostgreSQL的连接和命令
• 游戏开发：不同风格的道具、角色、场景
• 配置管理：不同环境（开发、测试、生产）的配置

与工厂方法的区别

使用建议

• 需要创建单个产品：使用工厂方法模式
• 需要创建产品族：使用抽象工厂模式
• 产品族固定，产品类型可能增加：考虑使用其他模式
• 产品类型固定，产品族可能增加：使用抽象工厂模式

注意事项

⚠️ 抽象工厂模式虽然强大，但不要滥用：

• 如果产品族很少（1-2个），可以考虑使用工厂方法模式
• 如果产品类型很少（1-2个），可以考虑使用工厂方法模式
• 抽象工厂模式会增加类的数量，要权衡利弊
• 新增产品类型时，需要修改所有工厂类，违反开闭原则