抽象工厂设计模式 Abstract Factory

抽象工厂

抽象工厂设计模式是一种创建模式，它提供了一个用于创建相关或从属对象族的接口，而无需指定其具体类。
它在以下情况下特别有用：
您需要创建必须一起使用并且是一致系列的一部分的对象（例如，按钮、复选框和菜单等 GUI 元素）。
您的系统必须支持多种配置、环境或产品变体（例如，浅色与深色主题、Windows 与 macOS 外观）。

您希望在相关对象之间强制保持一致性，确保它们都是从同一个工厂创建的。
抽象工厂模式将 对象创建封装到工厂接口中。

每个具体工厂实现接口并生成一组完整的相关对象。这可确保您的代码保持可扩展、一致并与特定产品实现松散耦合。
让我们通过一个真实世界的示例，看看如何应用抽象工厂模式来构建一个灵活、可维护的系统，并且能够在没有条件逻辑的情况下支持多个可互换的产品系列。

问题：特定于平台的 UI
假设你正在构建一个必须同时支持 Windows 和 macOS 的跨平台桌面应用程序。

为了提供良好的用户体验，您的应用程序应 为每个作系统呈现具有本机外观的 UI 组件，例如：

按钮
复选框
文本字段
菜单
朴素实现：条件 UI 组件实例化
在第一次尝试中，您可以实现特定于平台的 UI 组件，如下所示：
Windows UI 元素

  public class WindowsButton implements Button {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a Windows-style button.");}@Overridepublic void onClick() {System.out.println("Windows button clicked.");}
}public class WindowsCheckbox implements Checkbox {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a Windows-style checkbox.");}@Overridepublic void onSelect() {System.out.println("Windows checkbox selected.");}
}

MacOS UI元素

public class MacOSButton implements Button {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a macOS-style button.");}@Overridepublic void onClick() {System.out.println("MacOS button clicked.");}
}public class MacOSCheckbox implements Checkbox {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a macOS-style checkbox.");}@Overridepublic void onSelect() {System.out.println("MacOS checkbox selected.");}
}

然后，在应用程序逻辑中，您最终会执行以下作：

public class App {public static void main(String[] args) {String os = System.getProperty("os.name");if (os.contains("Windows")) {WindowsButton button = new WindowsButton();WindowsCheckbox checkbox = new WindowsCheckbox();button.paint();checkbox.paint();} else if (os.contains("Mac")) {MacOSButton button = new MacOSButton();MacOSCheckbox checkbox = new MacOSCheckbox();button.paint();checkbox.paint();}}
}

为什么这种方法会失败
虽然此设置适用于两个平台上的两个 UI 组件，但随着应用的增长，它很快就会成为一场噩梦。

1. 1. 与混凝土类紧密耦合
   您的主应用程序逻辑与特定于平台的类 （， ， 等） 紧密绑定。这意味着无论在何处创建 UI 组件，都必须手动检查作系统。WindowsButtonMacOSCheckbox
2. 2. 无抽象或多态性
   不能笼统地处理按钮或复选框。没有像或可以使用的通用界面 。ButtonCheckbox
3. 3. 代码重复和重复
   每个特定于平台的块都复制了类似的逻辑——实例化按钮、复选框、菜单等。你将在整个代码库中重复此条件分支。
4. 4. 可扩展性问题
   当您：

添加新平台（例如 Linux）？

添加新组件（例如，、、）？TextFieldSliderMenuBar

您必须：

为每个平台添加新的具体类

修改代码中出现特定于平台的逻辑的每个位置

破坏现有行为的风险

1. 5. 违反开放/关闭原则
   任何新的变体都需要修改现有代码。您的 UI 创建逻辑不开放扩展，但对重大更改非常开放。

我们真正需要什么
我们需要一种方法来：

按平台对相关组件（按钮、复选框等）进行分组

将特定于平台的创建逻辑封装到工厂中

以多态方式处理 UI 组件，无论平台如何

轻松添加新的 UI 元素系列，而无需修改应用程序的核心逻辑

这就是抽象工厂模式的用武之地。

抽象工厂模式
抽象工厂模式提供了一个接口，用于创建相关或依赖对象的族，而无需指定其具体类。

在我们的例子中，我们想要创建一个 UI 组件系列（如 、 、 等），这些组件在不同平台（例如 Windows 或 macOS）上的外观和行为不同，但向应用程序公开相同的界面。ButtonCheckboxTextField

抽象工厂模式通过以下方式帮助我们实现这一目标：

定义抽象 UI 工厂接口（例如 GUIFactory)

为每个平台实施一个具体工厂（例如， WindowsFactoryMacOSFactory)

为每种类型的组件公开一组一致的接口（例如，， ButtonCheckbox)

让客户端使用这些接口，而无需担心特定于平台的实现

类图

 

1. 1. 抽象工厂 （GUIFactory)
   定义用于 创建相关产品系列的通用接口。

通常包括工厂方法，如 、 、 等。createButton()createCheckbox()createTextField()

客户端依靠此接口创建对象，而无需知道其具体类型。

1. 2. 混凝土厂 （， WindowsFactoryMacOSFactory)
   实现抽象工厂接口。

创建 属于特定系列或平台的具体产品变型。

每个工厂都确保其生产的所有组件都是兼容的（即属于同一平台/主题）。

1. 3. 抽象产品 （， ButtonCheckbox)
   为 一组相关组件定义接口或抽象类。

给定类型（例如，，）的所有产品变体都 将实现这些接口。WindowsButtonMacOSButton

1. 4. 混凝土产品 （， WindowsButtonMacOSCheckbox)
   实现抽象产品接口。

包含 组件的特定于平台的逻辑和外观。

1. 5. 客户 （Application)
   使用抽象工厂和抽象产品接口。

完全不知道它正在使用的具体类——它只与工厂和产品接互。

可以通过更改出厂方式切换整个产品系列（例如，从 Windows 切换到 macOS），而无需接触 UI 逻辑。

实现抽象工厂
让我们实现一个系统，让我们的应用程序可以为 Windows 和 macOS 生成具有本机外观的 UI 组件（按钮、复选框）， 而无需硬编码平台检查或复制逻辑。

1. 1. 定义抽象产品接口
   我们首先定义客户端使用的产品接口。

Button

public interface Button {void paint();void onClick();
}

Checkbox

public interface Checkbox {void paint();void onSelect();
}

1. 2. 创建具体产品类
   这些实现特定于平台的逻辑。

Windows 组件

public class WindowsButton implements Button {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a Windows-style button.");}@Overridepublic void onClick() {System.out.println("Windows button clicked.");}
}public class WindowsCheckbox implements Checkbox {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a Windows-style checkbox.");}@Overridepublic void onSelect() {System.out.println("Windows checkbox selected.");}
}

macOS 组件

public class WindowsCheckbox implements Checkbox {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a Windows-style checkbox.");}@Overridepublic void onSelect() {System.out.println("Windows checkbox selected.");}
}public class MacOSCheckbox implements Checkbox {@Overridepublic void paint() {System.out.println("Painting a macOS-style checkbox.");}@Overridepublic void onSelect() {System.out.println("MacOS checkbox selected.");}
}

1. 3. 定义抽象工厂
   这是用于创建相关产品系列的界面。

public interface GUIFactory {Button createButton();Checkbox createCheckbox();
}

1. 4. 实施混凝土工厂
   每个工厂都会创建特定于平台的组件变体。

WindowsFactory

public class WindowsFactory implements GUIFactory {@Overridepublic Button createButton() {return new WindowsButton();}@Overridepublic Checkbox createCheckbox() {return new WindowsCheckbox();}
}

MacOSFactory

public class MacOSFactory implements GUIFactory {@Overridepublic Button createButton() {return new MacOSButton();}@Overridepublic Checkbox createCheckbox() {return new MacOSCheckbox();}
}

1. 5. 客户端代码 – 仅使用抽象接口
   客户端代码根据作系统选择工厂，并使用它来创建 UI 组件。

public class Application {private final Button button;private final Checkbox checkbox;public Application(GUIFactory factory) {this.button = factory.createButton();this.checkbox = factory.createCheckbox();}public void renderUI() {button.paint();checkbox.paint();}
}

1. 6. 申请切入点

输出（在 macOS 上）

Painting a macOS-style button.
Painting a macOS-style checkbox.

输出（在 Windows 上）

Painting a Windows-style button.
Painting a Windows-style checkbox.

我们取得了什么成就
平台独立性：应用程序代码从不引用特定于平台的类
一致性：按钮和复选框始终与所选作系统样式匹配
开放/封闭原则：在不修改现有工厂或组件的情况下添加对 Linux 或 Android 的支持
可测试性和灵活性：工厂可以轻松更换以进行测试或主题
其他资料：

https://pan.baidu.com/s/1c1oQItiA7nZxz8Rnl3STpw?pwd=yftc
https://pan.quark.cn/s/dec9e4868381