Java设计模式 三十二 工厂模式 + 抽象工厂模式
工厂模式 + 抽象工厂模式
工厂模式（Factory Pattern）和抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）都属于创建型设计模式，它们的目的是帮助我们创建对象，但在应用场景和灵活性上有所不同。结合这两种模式可以更好地管理对象的创建，尤其是在需要管理一组相关或相互依赖的对象时。
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工厂模式（Factory Pattern）是一种创建对象的设计模式，它提供了一个用于创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。工厂模式主要分为简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。
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抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）则提供了一个接口，用于创建一系列相关的对象，而不需要明确指定具体的类。抽象工厂模式将一组相关的产品类的创建过程封装起来，使得客户端可以通过抽象的接口来操作，而无需关心具体的产品如何创建。
结合这两者，可以在工厂模式的基础上进一步扩展，允许一个工厂创建一组相关的对象，从而形成一个更加灵活且可扩展的对象创建机制。
1. 场景说明
结合工厂模式和抽象工厂模式的场景通常出现在以下情况：
- 需要创建一系列相关或相互依赖的对象： 在系统中，如果需要多个相关对象协作，可以使用抽象工厂来管理这些对象的创建。
- 不希望在客户端代码中显式地指定产品类别： 客户端通过抽象工厂接口来获取对象，避免了直接依赖具体的产品实现。
- 产品族： 如果系统需要支持多个产品族（例如，不同操作系统下的UI组件），抽象工厂模式可以更好地管理不同产品族的创建。
2. 示例场景：图形界面库（GUI）
假设我们需要创建一个跨平台的图形界面库，支持不同平台的UI控件（如按钮、文本框）。每个平台有不同的UI实现，但它们的接口是一致的。我们可以使用工厂模式创建不同类型的控件（如按钮、文本框），而使用抽象工厂模式来提供一个平台相关的控件集合（如Windows控件集、Mac控件集）。
(1) 产品接口：按钮和文本框
我们首先定义按钮（Button）和文本框（TextField）的接口，这些控件的具体实现会根据平台不同而有所不同。
// 按钮接口
public interface Button {
void render();
void onClick();
}
// 文本框接口
public interface TextField {
void render();
void onType();
}
(2) 具体产品：Windows平台按钮和文本框
对于Windows平台，我们实现按钮和文本框。
// 具体产品：Windows按钮
public class WindowsButton implements Button {
@Override
public void render() {
System.out.println("Rendering Windows Button");
}
@Override
public void onClick() {
System.out.println("Click event for Windows Button");
}
}
// 具体产品：Windows文本框
public class WindowsTextField implements TextField {
@Override
public void render() {
System.out.println("Rendering Windows TextField");
}
@Override
public void onType() {
System.out.println("Typing in Windows TextField");
}
}
(3) 具体产品：Mac平台按钮和文本框
对于Mac平台，我们也提供相应的按钮和文本框实现。
// 具体产品：Mac按钮
public class MacButton implements Button {
@Override
public void render() {
System.out.println("Rendering Mac Button");
}
@Override
public void onClick() {
System.out.println("Click event for Mac Button");
}
}
// 具体产品：Mac文本框
public class MacTextField implements TextField {
@Override
public void render() {
System.out.println("Rendering Mac TextField");
}
@Override
public void onType() {
System.out.println("Typing in Mac TextField");
}
}
(4) 抽象工厂：UI工厂
现在，我们定义一个抽象工厂接口，它提供了创建不同控件的接口。
// 抽象工厂接口：UI工厂
public interface UIFactory {
Button createButton();
TextField createTextField();
}
(5) 具体工厂：WindowsUI工厂和MacUI工厂
根据平台的不同，我们创建具体的工厂实现，每个工厂负责创建一系列特定的控件。
// 具体工厂：WindowsUI工厂
public class WindowsUIFactory implements UIFactory {
@Override
public Button createButton() {
return new WindowsButton(); // 创建Windows按钮
}
@Override
public TextField createTextField() {
return new WindowsTextField(); // 创建Windows文本框
}
}
// 具体工厂：MacUI工厂
public class MacUIFactory implements UIFactory {
@Override
public Button createButton() {
return new MacButton(); // 创建Mac按钮
}
@Override
public TextField createTextField() {
return new MacTextField(); // 创建Mac文本框
}
}
(6) 客户端代码
客户端代码通过抽象工厂来获取控件，而不关心具体的实现。我们只需要根据用户的操作系统来选择合适的工厂。
public class Client {
private Button button;
private TextField textField;
// 使用抽象工厂获取控件
public Client(UIFactory uiFactory) {
this.button = uiFactory.createButton();
this.textField = uiFactory.createTextField();
}
public void renderUI() {
button.render(); // 渲染按钮
textField.render(); // 渲染文本框
}
public void handleEvents() {
button.onClick(); // 处理按钮点击事件
textField.onType(); // 处理文本框输入事件
}
public static void main(String[] args) {
// 选择UI工厂，假设客户端运行在Windows平台
UIFactory factory = new WindowsUIFactory();
Client client = new Client(factory);
client.renderUI();
client.handleEvents();
}
}
运行结果（在Windows平台下运行）：
Rendering Windows Button
Rendering Windows TextField
Click event for Windows Button
Typing in Windows TextField
3. 优点
工厂模式的优势：
- 简化对象创建： 工厂模式通过封装对象创建的过程，隐藏了创建的复杂性，客户端只需要知道如何通过工厂获取对象。
- 增强灵活性： 使用工厂模式后，客户端可以选择不同的工厂（即不同的创建方式），而无需修改现有代码。
- 易于扩展： 如果需要增加新的产品类（如新的控件类型），只需添加新的工厂和产品类即可，符合开闭原则。
抽象工厂模式的优势：
- 产品族支持： 抽象工厂模式特别适合用于需要创建一系列相关产品（如一组UI控件）的场景。每个工厂负责创建一个产品族，确保一组相关产品的一致性。
- 解耦： 客户端与具体的产品实现解耦，只关心产品的接口，具体实现由工厂负责。客户端无需了解产品的具体实现类。
- 产品组合： 如果某个产品族的所有产品都是由工厂创建的，确保所有产品都能正常工作并协同工作。
组合的优势：
- 创建复杂对象： 工厂模式和抽象工厂模式的结合可以更好地处理复杂对象的创建。每个工厂负责创建一组相互关联的对象，客户端只需要通过工厂接口进行交互。
- 支持不同产品族： 在多平台的场景下，抽象工厂可以根据不同的操作系统或环境选择合适的产品族（如Windows UI或Mac UI），使得整个系统能够无缝适配不同的环境。
4. 缺点
- 增加系统复杂性： 引入抽象工厂会导致系统中增加许多工厂类和产品类，增加了代码的复杂性。
- 产品扩展困难： 如果产品种类比较多或者有多层嵌套的产品族时，可能会导致工厂类和产品类的层次结构变得复杂。
- 代码冗长： 在某些简单场景下，使用抽象工厂模式可能会导致不必要的代码冗长，简单的工厂模式即可满足需求。
5. 应用场景
- 跨平台应用： 在开发跨平台应用时，使用抽象工厂模式可以根据不同的操作系统选择不同的UI控件集合，确保控件一致性。
- 产品族： 如果系统中需要支持多种产品族（如Windows产品族、Mac产品族），抽象工厂模式可以确保每个产品族的一致性。
- 多种操作系统支持： 在需要支持不同操作系统的应用中（如桌面应用或游戏引擎），可以使用工厂模式和抽象工厂模式来创建操作系统相关的对象。
6. 总结
通过将工厂模式和抽象工厂模式结合使用，我们能够实现更加灵活和可扩展的对象创建机制。工厂模式适合简单的对象创建，而抽象工厂模式则可以帮助我们创建一系列相关或依赖的对象。在多平台、产品族等场景下，组合这两种模式可以有效地管理和扩展系统的创建逻辑。