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抽象工厂模式：创建产品族的设计模式
一、模式核心：统一创建相关产品族，解耦复杂对象组合
在软件开发中，当需要创建一组相关或依赖的对象（如 “汽车工厂” 同时生产 “发动机” 和 “轮胎”），且不同产品族（如 “燃油车” 和 “电动车”）的对象组合存在差异时，简单工厂模式已无法满足需求。
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern） 提供一个创建 “产品族” 的接口，每个具体工厂负责创建特定产品族的所有对象。例如，燃油车工厂创建燃油发动机和橡胶轮胎，电动车工厂创建电动发动机和防滑轮胎。核心解决：
- 产品族解耦：客户端无需知道具体产品类，只需依赖抽象接口。
- 一致性保证：确保同一产品族的对象兼容（如发动机与轮胎适配）。
- 扩展性增强：新增产品族时，只需实现新的具体工厂，不影响现有代码。
核心角色
- 抽象工厂（Abstract Factory）：声明创建产品族的接口（如
createEngine()、createTire()）。 - 具体工厂（Concrete Factory）：实现抽象工厂接口，创建特定产品族的对象（如
FuelCarFactory、ElectricCarFactory）。 - 抽象产品（Abstract Product）：定义产品族中对象的公共接口（如
Engine、Tire）。 - 具体产品（Concrete Product）：实现抽象产品接口，属于特定产品族（如
FuelEngine、ElectricTire）。
核心思想与 UML 类图
二、核心实现：汽车工厂生产发动机与轮胎
1. 定义抽象产品接口
发动机接口
public interface Engine { void start(); // 启动发动机
}
轮胎接口
public interface Tire { void inflate(); // 给轮胎充气
}
2. 实现具体产品类
燃油发动机（燃油车产品族）
public class FuelEngine implements Engine { @Override public void start() { System.out.println("燃油发动机启动：轰鸣声"); }
}
电动发动机（电动车产品族）
public class ElectricEngine implements Engine { @Override public void start() { System.out.println("电动发动机启动：静音"); }
}
橡胶轮胎（燃油车产品族）
public class RubberTire implements Tire { @Override public void inflate() { System.out.println("给橡胶轮胎充气至2.5Bar"); }
}
防滑轮胎（电动车产品族）
public class AntiSlipTire implements Tire { @Override public void inflate() { System.out.println("给防滑轮胎充气至2.8Bar"); }
}
3. 定义抽象工厂接口
public interface CarFactory { Engine createEngine(); // 创建发动机 Tire createTire(); // 创建轮胎
}
4. 实现具体工厂类
燃油车工厂
public class FuelCarFactory implements CarFactory { @Override public Engine createEngine() { return new FuelEngine(); // 返回燃油发动机 } @Override public Tire createTire() { return new RubberTire(); // 返回橡胶轮胎 }
}
电动车工厂
public class ElectricCarFactory implements CarFactory { @Override public Engine createEngine() { return new ElectricEngine(); // 返回电动发动机 } @Override public Tire createTire() { return new AntiSlipTire(); // 返回防滑轮胎 }
}
5. 客户端调用
public class ClientDemo { public static void main(String[] args) { // 创建燃油车工厂并生产部件 CarFactory fuelFactory = new FuelCarFactory(); Engine fuelEngine = fuelFactory.createEngine(); Tire fuelTire = fuelFactory.createTire(); System.out.println("燃油车部件："); fuelEngine.start(); // 输出：燃油发动机启动：轰鸣声 fuelTire.inflate(); // 输出：给橡胶轮胎充气至2.5Bar // 创建电动车工厂并生产部件 CarFactory electricFactory = new ElectricCarFactory(); Engine electricEngine = electricFactory.createEngine(); Tire electricTire = electricFactory.createTire(); System.out.println("\n电动车部件："); electricEngine.start(); // 输出：电动发动机启动：静音 electricTire.inflate(); // 输出：给防滑轮胎充气至2.8Bar }
}
输出结果：
燃油车部件：
燃油发动机启动：轰鸣声
给橡胶轮胎充气至2.5Bar 电动车部件：
电动发动机启动：静音
给防滑轮胎充气至2.8Bar
三、抽象工厂模式 vs 工厂模式
| 对比维度 | 工厂模式 | 抽象工厂模式 |
|---|---|---|
| 处理对象 | 单一产品类型 | 多个相关产品组成的产品族 |
| 工厂职责 | 创建单个产品 | 创建一个产品族的所有产品 |
| 扩展性 | 新增产品需修改工厂类 | 新增产品族只需新建工厂 |
| 复杂度 | 简单 | 复杂（适合大型系统） |
| 典型场景 | 日志器、数据库连接 | 跨平台 UI 组件、汽车生产线 |
四、适用场景
| 场景 | 示例 | 优势 |
|---|---|---|
| 多产品族的系统 | 操作系统界面（Windows/macOS 的按钮 + 窗口） | 统一创建同风格的所有组件 |
| 产品族内对象需协同工作 | 发动机与轮胎必须适配 | 确保同一工厂的产品兼容 |
| 需屏蔽产品实现细节 | 客户端无需知道具体部件类型 | 依赖抽象接口，降低耦合度 |
五、总结
抽象工厂模式通过 “工厂创建产品族” 的设计，解决了复杂系统中多产品协同创建的问题。它在 Java Swing（跨平台组件工厂）、Spring 框架（BeanFactory）中均有应用，但需注意：若产品族频繁新增产品（如新增 “变速箱”），会导致抽象工厂接口频繁修改，此时可结合工厂方法模式优化。
扩展思考：
- 如何使用反射机制动态加载具体工厂？
- 抽象工厂模式与依赖注入（DI）有何关联？