# Java設計模式中抽象工廠的定義及代碼演示
## 一、抽象工廠模式概述
### 1.1 模式定義
抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）是一種創建型設計模式，它提供了一種封裝一組具有共同主題的獨立工廠的方式，而無需指定它們的具體類。該模式允許客戶端使用抽象的接口來創建一系列相關或依賴對象，而無需關心實際創建的具體實現。
**核心特征**：
- 圍繞一個超級工廠創建其他工廠
- 工廠的工廠（Factory of factories）
- 生產相關對象族（產品家族）
### 1.2 模式結構
抽象工廠包含以下主要角色：
| 角色 | 說明 |
|---------------------|----------------------------------------------------------------------|
| AbstractFactory | 聲明創建抽象產品對象的操作接口 |
| ConcreteFactory | 實現創建具體產品對象的操作 |
| AbstractProduct | 為一類產品對象聲明接口 |
| ConcreteProduct | 定義將被具體工廠創建的產品對象，實現AbstractProduct接口 |
| Client | 僅使用由AbstractFactory和AbstractProduct類聲明的接口 |
### 1.3 適用場景
- 系統需要獨立于其產品的創建、組合和表示時
- 系統需要配置多個產品族中的一個來使用時
- 需要提供一個產品類庫，且只想顯示它們的接口而非實現時
- 一系列相關的產品對象設計為一起使用，且需要保證這一約束時
## 二、模式實現原理
### 2.1 UML類圖
```mermaid
classDiagram
class AbstractFactory {
<<interface>>
+createProductA() AbstractProductA
+createProductB() AbstractProductB
}
class ConcreteFactory1 {
+createProductA() AbstractProductA
+createProductB() AbstractProductB
}
class ConcreteFactory2 {
+createProductA() AbstractProductA
+createProductB() AbstractProductB
}
class AbstractProductA {
<<interface>>
+operationA() String
}
class ProductA1 {
+operationA() String
}
class ProductA2 {
+operationA() String
}
AbstractFactory <|-- ConcreteFactory1
AbstractFactory <|-- ConcreteFactory2
AbstractProductA <|-- ProductA1
AbstractProductA <|-- ProductA2
ConcreteFactory1 --> ProductA1
ConcreteFactory2 --> ProductA2
// 抽象產品接口
interface AbstractProductA {
String operationA();
}
interface AbstractProductB {
String operationB();
}
// 具體產品實現
class ConcreteProductA1 implements AbstractProductA {
public String operationA() {
return "Product A1 operation";
}
}
class ConcreteProductB1 implements AbstractProductB {
public String operationB() {
return "Product B1 operation";
}
}
// 抽象工廠接口
interface AbstractFactory {
AbstractProductA createProductA();
AbstractProductB createProductB();
}
// 具體工廠實現
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
public AbstractProductA createProductA() {
return new ConcreteProductA1();
}
public AbstractProductB createProductB() {
return new ConcreteProductB1();
}
}
假設我們需要開發一個跨平臺的UI組件庫，需要支持Windows和Mac兩種風格： - 按鈕（Button） - 文本框（TextField） - 復選框（Checkbox）
// 抽象產品接口
interface Button {
void render();
void onClick();
}
interface TextField {
void render();
String getText();
}
interface Checkbox {
void render();
boolean isChecked();
}
// Windows系列產品
class WindowsButton implements Button {
public void render() {
System.out.println("Render Windows style button");
}
public void onClick() {
System.out.println("Windows button clicked");
}
}
class WindowsTextField implements TextField {
public void render() {
System.out.println("Render Windows style text field");
}
public String getText() {
return "Windows text field content";
}
}
class WindowsCheckbox implements Checkbox {
public void render() {
System.out.println("Render Windows style checkbox");
}
public boolean isChecked() {
return true;
}
}
// Mac系列產品
class MacButton implements Button {
public void render() {
System.out.println("Render Mac style button");
}
public void onClick() {
System.out.println("Mac button clicked");
}
}
class MacTextField implements TextField {
public void render() {
System.out.println("Render Mac style text field");
}
public String getText() {
return "Mac text field content";
}
}
class MacCheckbox implements Checkbox {
public void render() {
System.out.println("Render Mac style checkbox");
}
public boolean isChecked() {
return false;
}
}
// 抽象工廠
interface GUIFactory {
Button createButton();
TextField createTextField();
Checkbox createCheckbox();
}
// 具體工廠
class WindowsFactory implements GUIFactory {
public Button createButton() {
return new WindowsButton();
}
public TextField createTextField() {
return new WindowsTextField();
}
public Checkbox createCheckbox() {
return new WindowsCheckbox();
}
}
class MacFactory implements GUIFactory {
public Button createButton() {
return new MacButton();
}
public TextField createTextField() {
return new MacTextField();
}
public Checkbox createCheckbox() {
return new MacCheckbox();
}
}
// 客戶端代碼
public class Application {
private Button button;
private TextField textField;
private Checkbox checkbox;
public Application(GUIFactory factory) {
button = factory.createButton();
textField = factory.createTextField();
checkbox = factory.createCheckbox();
}
public void renderUI() {
button.render();
textField.render();
checkbox.render();
}
public static void main(String[] args) {
// 根據配置選擇工廠
GUIFactory factory;
String osName = System.getProperty("os.name").toLowerCase();
if (osName.contains("win")) {
factory = new WindowsFactory();
} else {
factory = new MacFactory();
}
Application app = new Application(factory);
app.renderUI();
}
}
當在Windows系統運行時輸出：
Render Windows style button
Render Windows style text field
Render Windows style checkbox
當在Mac系統運行時輸出：
Render Mac style button
Render Mac style text field
Render Mac style checkbox
與工廠方法模式：
與單例模式：
與原型模式：
Java標準庫中的應用：
流行框架中的應用：
跨平臺開發：
抽象工廠模式通過提供創建相關或依賴對象族的接口，實現了： - 系統與具體產品實現的解耦 - 產品配置的靈活性 - 多系列產品的統一創建
正確使用該模式的關鍵在于識別系統中是否存在多個產品族，以及是否需要保證產品間的兼容性。當產品等級結構穩定時，抽象工廠模式能顯著提高代碼的可維護性和擴展性。 “`
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