设计模式之抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是一种创建型设计模式，它提供了一种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。在抽象工厂模式中，客户端不依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节，这是通过使用一个共同的接口来指向新的或现有的产品类。
抽象工厂模式允许客户使用抽象的接口来创建一组相关的产品对象，而无需知道（或关心）实际产出的具体产品类是什么。这样，客户就可以从具体的产品实现中解耦出来。

二、模式结构

抽象工厂模式包含以下主要角色：

抽象工厂（Abstract Factory）：

声明一个创建抽象产品对象的操作接口。

具体工厂（Concrete Factory）：

实现创建具体产品对象的操作。

抽象产品（Abstract Product）：

为一类产品对象声明一个接口。

具体产品（Concrete Product）：

定义了一个具体的产品对象，实现了抽象产品接口。

三、模式动机

在软件开发中，经常需要创建一系列相互关联或相互依赖的对象。这些对象通常属于同一个产品族，并且需要一起使用才能发挥最大效用。例如，一个图形用户界面（GUI）工具包可能包含按钮（Button）、文本框（TextField）和复选框（CheckBox）等控件，这些控件都属于同一个GUI产品族。
当系统需要支持多种产品族时（例如，支持Windows风格的GUI和Mac风格的GUI），如果采用传统的工厂方法模式，则需要为每一种产品族创建一个工厂类，并在客户端代码中显式地指定使用哪一个工厂类来创建对象。这样做不仅增加了客户端代码的复杂度，还使得系统难以扩展新的产品族。
抽象工厂模式通过提供一个创建产品族的接口，使得客户端只需要关心所需产品族的类型，而无需关心具体产品的创建细节。这样，当需要添加新的产品族时，只需要添加一个新的具体工厂类，并在其中实现创建新产品族中所有产品的逻辑即可，而无需修改客户端代码。

四、模式优点

隔离了具体类的创建：

客户端通过抽象工厂接口与具体工厂类交互，从而隔离了产品的具体实现。

易于交换产品系列：

一个具体工厂类可以在不修改客户端代码的情况下被另一个具体工厂类替换，从而改变所创建的产品系列。

有利于产品的一致性：

当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它们可以保证在客户端代码中的正确性。

五、模式缺点

难以支持新种类的产品：每增加一个新的产品，都需要在抽象工厂接口中增加一个新的方法，并在所有具体工厂类中实现该方法。这违反了开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。
增加了系统的抽象性和理解难度：由于引入了多个抽象层，使得系统的抽象性增加，理解难度也随之增加。

六、适用场景

当一个系统需要独立于它的产品的创建、组合和表示时。
当系统需要增加新的产品族时。
当系统需要一组相关产品对象（它们属于同一个产品族）一起使用时。

七、Java代码示例

以下是一个使用Java实现的抽象工厂模式示例，该示例模拟了一个简单的GUI工具包，包含按钮（Button）和文本框（TextField）两种控件，并支持Windows和Mac两种风格的产品族。

// 抽象产品：控件接口  
interface Control {  
    void display();  
}  
  
// 具体产品：Windows风格的按钮  
class WindowsButton implements Control {  
    @Override  
    public void display() {  
        System.out.println("Displaying Windows Button");  
    }  
}  
  
// 具体产品：Mac风格的按钮  
class MacButton implements Control {  
    @Override  
    public void display() {  
        System.out.println("Displaying Mac Button");  
    }  
}  
  
// 具体产品：Windows风格的文本框  
class WindowsTextField implements Control {  
    @Override  
    public void display() {  
        System.out.println("Displaying Windows TextField");  
    }  
}  
  
// 具体产品：Mac风格的文本框  
class MacTextField implements Control {  
    @Override  
    public void display() {  
        System.out.println("Displaying Mac TextField");  
    }  
}  
  
// 抽象工厂：GUI工厂接口  
interface GUIFactory {  
    Control createButton();  
    Control createTextField();  
}  
  
// 具体工厂：Windows风格的GUI工厂  
class WindowsGUIFactory implements GUIFactory {  
    @Override  
    public Control createButton() {  
        return new WindowsButton();  
    }  
  
    @Override  
    public Control createTextField() {  
        return new WindowsTextField();  
    }  
}  
  
// 具体工厂：Mac风格的GUI工厂  
class MacGUIFactory implements GUIFactory {  
    @Override  
    public Control createButton() {  
        return new MacButton();  
    }  
  
    @Override  
    public Control createTextField() {  
        return new MacTextField();  
    }  
}  
  
// 客户端代码  
public class Application {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 使用Windows风格的GUI工厂  
        GUIFactory windowsFactory = new WindowsGUIFactory();  
        Control windowsButton = windowsFactory.createButton();  
        Control windowsTextField = windowsFactory.createTextField();  
        windowsButton.display();  
        windowsTextField.display();  
  
        // 使用Mac风格的GUI工厂  
        GUIFactory macFactory = new MacGUIFactory();  
        Control macButton = macFactory.createButton();  
        Control macTextField = macFactory.createTextField();  
        macButton.display();  
        macTextField.display();  
    }  
}

在这个示例中，我们定义了Control接口作为抽象产品，并实现了WindowsButton、MacButton、WindowsTextField和MacTextField四个具体产品。然后，我们定义了GUIFactory接口作为抽象工厂，并实现了WindowsGUIFactory和MacGUIFactory两个具体工厂。最后，在客户端代码中，我们通过不同的工厂实例来创建不同风格的产品对象，并调用它们的display方法来显示它们。
这个示例展示了抽象工厂模式如何允许客户端在不修改代码的情况下，通过更换工厂实例来切换不同的产品族。同时，它也展示了抽象工厂模式如何通过接口来隐藏具体产品的实现细节，从而提高了系统的灵活性和可扩展性。