设计模式之抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

前言

工厂方法管单品，抽象工厂管配套。它是保证“产品族”生态一致性的标准解法，能有效杜绝组件混搭。

参考博客：抽象工厂设计模式

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一、核心定义

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，而无需指定它们的具体类。

与工厂方法模式的核心区别：

• 工厂方法：一个工厂创建一种产品（如 createButton()）
• 抽象工厂：一个工厂创建一族产品（如 createButton() + createCheckbox()）

关键词	解释
产品族	同一平台/风格下的一组产品，如 Windows 按钮 + Windows 复选框
产品等级	同一类型产品的不同实现，如 Windows 按钮 vs MacOS 按钮
族内一致性	抽象工厂保证同一工厂生产的产品一定是同一风格，不会出现 Windows 按钮配 MacOS 复选框

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二、标准体系结构图（UML）

四个角色：抽象工厂、具体工厂、抽象产品、具体产品。客户端只依赖两层抽象。

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三、场景推演：从“单品生产”到“生态全家桶”

在工厂方法模式中，我们有专门生产手机的工厂。但如果业务扩展到智能手表，客户端可能会写出这种代码：

• 从“苹果工厂”拿了 iPhone；
• 从“小米工厂”拿了 小米手表。

由于不同品牌协议不通，iPhone 无法连接小米手表，导致逻辑崩溃。我们需要一种方式，确保客户拿到的必须是同品牌的一整套产品（产品族）。

核心思想：一个工厂必须能同时生产一套相关的生态产品。

// 1. 定义产品族规范
public interface AbstractFactory {
    Phone createPhone(); // 产线1：手机
    Watch createWatch(); // 产线2：手表
}

// 2. 具体的品牌全能代工厂
public class AppleFactory implements AbstractFactory {
    @Override
    public Phone createPhone() { return new IPhone(); }
    @Override
    public Watch createWatch() { return new AppleWatch(); }
}

public class HuaweiFactory implements AbstractFactory {
    @Override
    public Phone createPhone() { return new HuaweiPhone(); }
    @Override
    public Watch createWatch() { return new HuaweiWatch(); }
}

客户端调用：

// 客户选定【苹果工厂】，产出的全系产品绝对匹配
AbstractFactory factory = new AppleFactory();
Phone phone = factory.createPhone(); // 拿到 iPhone
Watch watch = factory.createWatch(); // 拿到 AppleWatch

简言之：抽象工厂

• 核心逻辑：强制约束具体工厂必须提供整套配套产品。
• 巨大优势：保证了产品族的一致性。从架构层面杜绝了“iPhone 配华为手表”这种逻辑错乱。
• 致命缺陷：扩展产品线（增加产品等级）极难。如果要增加“平板电脑”产线，需要修改最顶层接口，导致所有子工厂全部被迫修改，违背开闭原则。

💡 快速区分：

工厂方法：解决“如何造手机”的扩展性（加个华为手机工厂）。

抽象工厂：解决“如何造一整套手机+手表”的配套性（保证全是华为全家桶）。

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四、实战案例：跨平台对话框按钮

4.1 需求分析

业务场景：开发一个跨平台 GUI 框架，需要根据操作系统渲染不同风格的 按钮（Button） 和 复选框（Checkbox）：

平台	按钮	复选框
Windows	Windowsbutton	WindowsCheckbox
MacOS	MacOSButton	MacOSCheckbox

核心约束：同一个应用中，按钮和复选框必须是同一平台风格，不能出现 Windows 按钮 + MacOS 复选框的混搭。

代码结构：

com.likerhood.design
├── buttons/                    # 产品族A - 按钮
│   ├── Button.java             # 抽象产品接口
│   ├── MacOSButton.java        # MacOS 按钮
│   └── Windowsbutton.java      # Windows 按钮
├── checkboxes/                 # 产品族B - 复选框
│   ├── Checkbox.java           # 抽象产品接口
│   ├── MacOSCheckbox.java      # MacOS 复选框
│   └── WindowsCheckbox.java    # Windows 复选框
├── factories/                  # 工厂层
│   ├── GUIFactory.java         # 抽象工厂接口
│   ├── MacOSFactory.java       # MacOS 工厂
│   └── WindowsFactory.java     # Windows 工厂

代码仓库： https://github.com/likerhood/CodeDesignWork#

4.2 架构图

4.2.1 面条代码架构图

4.2.2 抽象工厂架构图

4.3 类图对比

4.3.1 面条代码类图

Application 扇形依赖全部 4 个具体类，产品之间也没有接口约束。

4.3.2 抽象工厂类图

Application 只依赖 GUIFactory、Button、Checkbox 三个抽象，完全不知道具体类的存在。

4.4 时序图

4.4.1 面条代码时序图

4.4.2 抽象工厂时序图

4.5 代码分析

4.5.1 抽象工厂代码

抽象产品接口：

// 按钮接口
public interface Button {
    void paint();
}

// 复选框接口
public interface Checkbox {
    void paint();
}

具体产品：

// ---- Windows 产品族 ----
public class Windowsbutton implements Button {
    public void paint() {
        System.out.println("You have created WindowsButton.");
    }
}

public class WindowsCheckbox implements Checkbox {
    public void paint() {
        System.out.println("You have created WindowsCheckbox.");
    }
}

// ---- MacOS 产品族 ----
public class MacOSButton implements Button {
    public void paint() {
        System.out.println("You have created MacOSButton.");
    }
}

public class MacOSCheckbox implements Checkbox {
    public void paint() {
        System.out.println("You have created MacOSCheckbox.");
    }
}

抽象工厂接口 GUIFactory：一个工厂同时负责创建一族产品

public interface GUIFactory {
    Button createButton();
    Checkbox createCheckbox();
}

具体工厂：每个工厂只生产同一风格的产品

public class WindowsFactory implements GUIFactory {
    public Button createButton() {
        return new Windowsbutton();
    }
    public Checkbox createCheckbox() {
        return new WindowsCheckbox();
    }
}

public class MacOSFactory implements GUIFactory {
    public Button createButton() {
        return new MacOSButton();
    }
    public Checkbox createCheckbox() {
        return new MacOSCheckbox();
    }
}

Application 类：只依赖抽象，通过构造器注入工厂

public class Application {
    private Button button;
    private Checkbox checkbox;

    public Application(GUIFactory factory) {
        button = factory.createButton();
        checkbox = factory.createCheckbox();
    }

    public void paint() {
        button.paint();
        checkbox.paint();
    }
}

客户端：运行时选择工厂，注入 Application

public class ClientTest {
    private static Application configureApplication() {
        GUIFactory factory;
        String osName = System.getProperty("os.name").toLowerCase();
        if (osName.contains("mac")) {
            factory = new MacOSFactory();
        } else {
            factory = new WindowsFactory();
        }
        return new Application(factory);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Application app = configureApplication();
        app.paint();
    }
}

4.5.2 面条代码（if-else 硬编码）

如果不用抽象工厂，直接暴力写：

public class Application {

    public void paint() {
        String osName = System.getProperty("os.name").toLowerCase();

        if (osName.contains("mac")) {
            MacOSButton button = new MacOSButton();
            MacOSCheckbox checkbox = new MacOSCheckbox();
            button.paint();
            checkbox.paint();
        } else {
            Windowsbutton button = new Windowsbutton();
            WindowsCheckbox checkbox = new WindowsCheckbox();
            button.paint();
            checkbox.paint();
        }
    }

    // 如果还有其他业务方法要用到这些组件...
    public void showDialog() {
        String osName = System.getProperty("os.name").toLowerCase();
        // 再来一遍一模一样的 if-else...
        if (osName.contains("mac")) {
            MacOSButton btn = new MacOSButton();
            MacOSCheckbox cb = new MacOSCheckbox();
            // ...
        } else {
            Windowsbutton btn = new Windowsbutton();
            WindowsCheckbox cb = new WindowsCheckbox();
            // ...
        }
    }
}

问题：

1. Application 直接依赖所有具体产品类
2. 每个业务方法都要重复 if-else 判断
3. 新增 Linux 平台？每个方法都要改
4. 无法保证族内一致性——手抖写成 MacOSButton + WindowsCheckbox 编译照样通过

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总结

维度	面条代码	抽象工厂模式
新增平台	修改 Application 所有方法的 if-else	新增一个工厂类 + 一组产品类，零修改已有代码
新增产品类型	在每个 if 分支里加代码	在 GUIFactory 接口加方法，各工厂实现
族内一致性	❌ 无保证，全靠程序员自觉	✅ 接口层面保证——同一工厂只产同族产品
依赖关系	Application 直接依赖全部具体类	Application 只依赖 3 个接口
开闭原则	❌ 违反	✅ 对扩展开放，对修改关闭
代码重复	每个方法重复 if-else	创建逻辑集中在工厂中，业务代码无重复

一句话总结：抽象工厂模式将一族相关产品的创建封装在一个工厂接口背后，客户端通过切换工厂实现来一次性切换整套产品风格，既保证了族内一致性，又实现了创建与使用的彻底解耦。