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wzjs 2025/9/21 16:36:56

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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 {@Overridepublic void render() {System.out.println("渲染Windows风格按钮");}
}// 具体产品：MacOS按钮
class MacOSButton implements Button {@Overridepublic 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 {@Overridepublic void input() {System.out.println("Windows文本框输入");}
}// 具体产品：MacOS文本框
class MacOSTextField implements TextField {@Overridepublic 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 {@Overridepublic Button createButton() {return new WindowsButton();}@Overridepublic TextField createTextField() {return new WindowsTextField();}
}// 具体工厂：MacOS组件工厂
class MacOSFactory implements GUIFactory {@Overridepublic Button createButton() {return new MacOSButton();}@Overridepublic 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 {@Overridepublic 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
}