设计模式教程：抽象工厂模式

用户12001855

发布于 2026-01-20 15:54:54

一、抽象工厂模式概述

定义：抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定具体类。抽象工厂模式使得系统中的产品的具体类和客户端代码解耦，客户端不需要知道具体创建的对象是什么，只需要依赖于抽象工厂接口。

问题的背景：假设你在开发一个跨平台的图形界面（GUI）程序。不同操作系统（如 Windows 和 macOS）会有不同风格的按钮和文本框。为了避免直接在客户端代码中使用具体平台的类，我们可以通过抽象工厂模式，让客户端与操作系统的具体产品解耦。这样，客户端代码只关心要使用哪种风格的组件，而不关心这些组件的具体实现细节。

二、模式的结构

抽象工厂模式由以下几个角色组成：

抽象工厂（AbstractFactory）：
- 声明创建一组相关产品的抽象方法。每个方法负责创建一类产品（例如，创建按钮、文本框等）。
具体工厂（ConcreteFactory）：
- 实现抽象工厂的接口，完成具体产品的创建工作。每个具体工厂负责创建具体类型的产品。
抽象产品（AbstractProduct）：
- 声明产品的通用接口，通常每种产品对应一个抽象类。
具体产品（ConcreteProduct）：
- 实现抽象产品的接口，定义具体产品的行为和特性。

三、模式的实现

1. 抽象产品

首先定义抽象产品的接口，例如按钮和文本框。

// 抽象产品A：按钮
interface Button {
    void render();  // 渲染按钮
    void onClick(); // 按钮点击事件
}

// 抽象产品B：文本框
interface TextField {
    void render();  // 渲染文本框
    void onFocus(); // 文本框获取焦点
}

2. 具体产品

然后，为每个操作系统实现不同风格的按钮和文本框。

// 具体产品A1：Windows风格的按钮
class WindowsButton implements Button {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("Rendering Windows Button");
    }

    @Override
    public void onClick() {
        System.out.println("Windows Button clicked");
    }
}

// 具体产品A2：Mac风格的按钮
class MacButton implements Button {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("Rendering Mac Button");
    }

    @Override
    public void onClick() {
        System.out.println("Mac Button clicked");
    }
}

// 具体产品B1：Windows风格的文本框
class WindowsTextField implements TextField {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("Rendering Windows TextField");
    }

    @Override
    public void onFocus() {
        System.out.println("Windows TextField focused");
    }
}

// 具体产品B2：Mac风格的文本框
class MacTextField implements TextField {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("Rendering Mac TextField");
    }

    @Override
    public void onFocus() {
        System.out.println("Mac TextField focused");
    }
}

3. 抽象工厂

然后定义抽象工厂，它包含创建一组相关产品的方法，例如创建按钮和文本框。

// 抽象工厂
interface GUIFactory {
    Button createButton();    // 创建按钮
    TextField createTextField(); // 创建文本框
}

4. 具体工厂

具体工厂实现抽象工厂接口，为每个平台（如Windows和Mac）提供不同的产品实例。

// 具体工厂1：Windows工厂
class WindowsFactory implements GUIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new WindowsButton();
    }

    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new WindowsTextField();
    }
}

// 具体工厂2：Mac工厂
class MacFactory implements GUIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new MacButton();
    }

    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new MacTextField();
    }
}

5. 客户端

客户端通过工厂接口来获取一组相关的产品，而无需关注具体产品的实现。客户端只需要依赖于工厂和产品的抽象接口。

// 客户端
public class Client {
    private Button button;
    private TextField textField;

    public Client(GUIFactory factory) {
        button = factory.createButton();
        textField = factory.createTextField();
    }

    public void renderUI() {
        button.render();
        textField.render();
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建Windows风格的UI
        GUIFactory windowsFactory = new WindowsFactory();
        Client windowsClient = new Client(windowsFactory);
        windowsClient.renderUI();

        // 创建Mac风格的UI
        GUIFactory macFactory = new MacFactory();
        Client macClient = new Client(macFactory);
        macClient.renderUI();
    }
}

运行结果：

Rendering Windows Button
Rendering Windows TextField
Rendering Mac Button
Rendering Mac TextField

四、模式的优缺点

优点：

解耦：客户端代码与具体产品实现解耦，客户只与抽象工厂和抽象产品接口交互。
易于扩展：当增加新的产品系列时，只需要新增一个具体工厂类和相应的产品类，无需修改已有代码。
产品族一致性：通过抽象工厂，可以确保客户端使用的产品是一致的（例如，一种操作系统风格的按钮和文本框）。

缺点：

增加了系统的复杂度：为了实现抽象工厂模式，需要增加很多类，导致系统结构复杂。
不容易支持产品类型的变更：如果要支持新的产品种类，可能需要修改所有的工厂接口，这可能会影响到现有代码。

五、适用场景

抽象工厂模式特别适用于以下场景：

产品族的创建：当你需要创建一系列相关的对象，并且这些对象需要共同工作时。比如一个操作系统（Windows或Mac）中的一套UI组件。
客户端不应依赖具体类：当客户端希望通过抽象接口来创建产品而不是依赖具体的类时。这样可以避免产品和客户端之间的紧耦合。
多个变种的产品：当你系统中有多个产品族，而每个产品族下的产品间有很多相互依赖的时，使用抽象工厂模式能够很好地组织产品的创建。

六、总结

抽象工厂模式提供了一个标准化的方式来创建一组相关的产品，而不需要指定具体的产品类。它能够有效地解耦客户端和具体产品实现，尤其在需要多种产品族并且产品间有依赖关系时非常有用。通过这个模式，我们可以根据不同的需求（例如操作系统类型）来动态地选择工厂，从而创建符合预期的产品。

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