第 3 天：抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）—— 创建型模式

清风徐来369
138 阅读8分钟

1. 核心定义

抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口（抽象工厂），而无需指定它们具体的类。它的核心是 “按‘产品族’创建对象”，而非工厂方法的 “按‘单一产品’创建对象”。

先明确两个关键概念，这是理解抽象工厂的前提：

  • 产品族：指同一品牌、同一风格下的一组相关产品（如 “华为” 品牌下的 “华为手机 + 华为平板 + 华为手表”）；
  • 产品等级结构：指同一类型、不同品牌的产品（如 “手机” 类型下的 “华为手机 + 苹果手机 + 小米手机”）。

简单来说：工厂方法模式解决 “同一产品等级结构” 的创建（如只造手机，不管品牌）；抽象工厂模式解决 “同一产品族” 的创建（如造某一品牌的全套产品，手机、平板、手表一起造）。

2. 解决的核心问题

工厂方法模式存在一个明显局限：只能创建单一类型的产品（如一个手机工厂只能造手机，无法同时造平板）。当业务需要 “批量创建一组相关联的产品” 时，工厂方法会导致工厂类爆炸（如造华为全套产品，需单独创建 “华为手机工厂 + 华为平板工厂 + 华为手表工厂”）。

抽象工厂模式的解决方案：

  • 定义 “抽象工厂接口”，包含创建多个产品等级结构的方法（如 createPhone()、createTablet()）；
  • 每个 “具体工厂” 对应一个 “产品族”，实现抽象工厂的所有方法，一次性创建该族的全套产品（如 “华为工厂” 同时实现造华为手机、华为平板的方法）。

3. 核心角色（5 个）

抽象工厂模式在工厂方法的基础上，扩展了 “产品等级结构” 的维度，核心角色如下：

角色名称核心职责示例（以 “电子设备产品族” 为例）
抽象产品 A（Abstract Product A）定义某一产品等级结构的公共接口抽象类 Phone（手机产品等级），含 call() 方法
抽象产品 B（Abstract Product B）定义另一产品等级结构的公共接口抽象类 Tablet（平板产品等级），含 playVideo() 方法
具体产品 A1/A2（Concrete Product A1/A2）实现抽象产品 A，属于某一产品族HuaweiPhone（华为族的手机）、ApplePhone（苹果族的手机）
具体产品 B1/B2（Concrete Product B1/B2）实现抽象产品 B，属于某一产品族HuaweiTablet（华为族的平板）、AppleTablet（苹果族的平板）
抽象工厂（Abstract Factory）定义创建所有产品等级结构的接口，含多个创建方法接口 DeviceFactory，含 createPhone() 和 createTablet() 方法
具体工厂 1/2（Concrete Factory 1/2）实现抽象工厂，对应一个产品族，创建该族的所有产品HuaweiFactory（造华为手机 + 华为平板）、AppleFactory（造苹果手机 + 苹果平板）

4. 实现步骤与代码示例（Java）

以 “华为 / 苹果两大产品族的手机和平板创建” 为例，完整实现抽象工厂模式：

步骤 1：定义两个抽象产品（Phone、Tablet）

对应两个产品等级结构，规范各自的功能：

// 抽象产品A：手机（Phone）
public abstract class Phone {
    // 抽象方法：打电话
    public abstract void call();
    // 公共方法：显示品牌（所有手机都有品牌属性）
    public abstract String getBrand();
}

// 抽象产品B：平板（Tablet）
public abstract class Tablet {
    // 抽象方法：播放视频
    public abstract void playVideo();
    // 公共方法：显示品牌
    public abstract String getBrand();
}

步骤 2：实现具体产品（分 “华为族” 和 “苹果族”）

每个具体产品属于某一产品族，实现对应的抽象产品方法：

// 具体产品A1：华为手机（属于华为产品族）
public class HuaweiPhone extends Phone {
    @Override
    public void call() {
        System.out.println(getBrand() + "手机：支持5G高清通话");
    }

    @Override
    public String getBrand() {
        return "华为";
    }
}

// 具体产品B1：华为平板（属于华为产品族）
public class HuaweiTablet extends Tablet {
    @Override
    public void playVideo() {
        System.out.println(getBrand() + "平板：支持2K分辨率视频播放");
    }

    @Override
    public String getBrand() {
        return "华为";
    }
}

// 具体产品A2：苹果手机（属于苹果产品族）
public class ApplePhone extends Phone {
    @Override
    public void call() {
        System.out.println(getBrand() + "手机：支持FaceTime通话");
    }

    @Override
    public String getBrand() {
        return "苹果";
    }
}

// 具体产品B2：苹果平板（属于苹果产品族）
public class AppleTablet extends Tablet {
    @Override
    public void playVideo() {
        System.out.println(getBrand() + "平板：支持ProRes视频录制与播放");
    }

    @Override
    public String getBrand() {
        return "苹果";
    }
}

步骤 3：定义抽象工厂（DeviceFactory）

包含创建所有产品等级结构的方法（手机 + 平板）：

// 抽象工厂：电子设备工厂（定义创建两个产品等级的方法）
public interface DeviceFactory {
    // 创建手机（抽象产品A）
    Phone createPhone();
    // 创建平板（抽象产品B）
    Tablet createTablet();
}

步骤 4：实现具体工厂（分 “华为工厂” 和 “苹果工厂”）

每个具体工厂对应一个产品族，实现抽象工厂的所有方法，一次性创建该族的全套产品：

// 具体工厂1：华为工厂（创建华为产品族的所有产品）
public class HuaweiFactory implements DeviceFactory {
    @Override
    public Phone createPhone() {
        return new HuaweiPhone(); // 造华为手机
    }

    @Override
    public Tablet createTablet() {
        return new HuaweiTablet(); // 造华为平板
    }
}

// 具体工厂2：苹果工厂（创建苹果产品族的所有产品）
public class AppleFactory implements DeviceFactory {
    @Override
    public Phone createPhone() {
        return new ApplePhone(); // 造苹果手机
    }

    @Override
    public Tablet createTablet() {
        return new AppleTablet(); // 造苹果平板
    }
}

步骤 5：客户端使用（按产品族创建全套产品）

客户端只需指定 “产品族”（选择具体工厂），即可一次性获取该族的所有产品，无需关注具体实现：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 选择产品族：这里选择“华为产品族”（切换为苹果只需改这一行）
        DeviceFactory factory = new HuaweiFactory();
        // DeviceFactory factory = new AppleFactory(); // 切换为苹果产品族

        // 2. 按产品族创建全套产品（手机+平板）
        Phone phone = factory.createPhone();
        Tablet tablet = factory.createTablet();

        // 3. 使用产品（无需区分具体品牌，依赖抽象产品的方法）
        System.out.println("=== " + phone.getBrand() + "产品族使用 ===");
        phone.call();
        tablet.playVideo();
    }
}

运行结果（华为工厂时） ：

=== 华为产品族使用 ===
华为手机：支持5G高清通话
华为平板：支持2K分辨率视频播放

运行结果（苹果工厂时） ：

=== 苹果产品族使用 ===
苹果手机：支持FaceTime通话
苹果平板：支持ProRes视频录制与播放

5. 应用场景

当业务满足以下条件时，优先使用抽象工厂模式：

  1. 存在多个产品族：且每个产品族包含多个相关联的产品（如 UI 组件库中的 “Windows 风格组件族”（按钮 + 输入框 + 下拉框）、“Mac 风格组件族”（对应组件））；
  2. 客户端需统一使用某一产品族：且不希望混合使用不同产品族的产品（如开发 Windows 应用时，所有 UI 组件必须是 Windows 风格，不能混用 Mac 按钮 + Windows 输入框）；
  3. 产品族相对稳定：新增产品族容易（加具体工厂 + 对应产品），但新增产品等级结构难（需修改抽象工厂接口，违反开闭原则）。

经典实战案例：

  • 跨平台 UI 框架（如 Swing）：LookAndFeel 本质是抽象工厂，WindowsLookAndFeel（Windows 产品族）创建 Windows 风格的按钮、文本框，MetalLookAndFeel（Java 默认风格）创建对应组件；
  • 数据库连接框架：DataSource 可视为抽象工厂，MySQLDataSource（MySQL 产品族）创建 MySQL 的 Connection、Statement，OracleDataSource（Oracle 产品族）创建对应数据库对象；
  • 游戏开发：“角色装备族”（如 “骑士装备族” 包含骑士剑 + 骑士甲 + 骑士盾，“法师装备族” 包含法师杖 + 法师袍 + 法师帽），通过抽象工厂一次性创建某一职业的全套装备。

6. 优缺点分析

优点缺点
1. 保证产品族一致性：客户端使用同一工厂创建的产品，天然属于同一族，避免混用不同族产品（如 Windows 按钮 + Mac 输入框）；2. 解耦族级创建与使用：客户端只依赖抽象工厂和抽象产品，无需知道具体品牌 / 实现；3. 符合开闭原则（新增产品族）：新增一个产品族，只需加 “具体工厂 + 对应产品”，无需改原有代码。1. 扩展产品等级结构困难：若需新增产品（如在 “手机 + 平板” 基础上加 “手表”），需修改抽象工厂接口（加 createWatch()），所有具体工厂都要同步修改，违反开闭原则；2. 类结构复杂：相比工厂方法，抽象工厂涉及 “多产品等级 + 多产品族”，类数量更多，理解成本更高。

7. 与工厂方法模式的核心区别

抽象工厂和工厂方法的本质都是 “解耦创建与使用”，但适用场景完全不同，核心区别如下：

对比维度工厂方法模式抽象工厂模式
核心目标创建单一产品等级结构的产品（如只造手机）创建多产品等级结构组成的产品族（如造手机 + 平板）
抽象工厂接口只含 1 个创建方法（如 createPhone()）含多个创建方法（如 createPhone()+createTablet()）
产品族支持不支持（需多个工厂才能造一个产品族）原生支持（1 个工厂造 1 个产品族）
扩展难度新增产品等级易（加具体产品 + 工厂）新增产品族易，新增产品等级难

简单总结：工厂方法是 “一对一”（1 工厂→1 产品），抽象工厂是 “一对多”（1 工厂→多产品，且多产品属同一族） 。

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