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设计模式(一)——抽象工厂模式

ai 2025/8/7 13:13:56

1. 简介

抽象工厂模式属于创建型模型，作用就是创建一系列相关对象，而无需知道这些对象的具体类。当系统需要独立于其对象的创建方式时，就会使用这种设计模式。

2.适用场景

在以下场景中使用抽象工厂模式是比较合适的。

存在一系列相关产品时

当系统中有多个“产品族”，而每个族里又包含多个“产品”。假设现在给哈基米一个需求让他开发一个跨平台应用，要求为不同操作系统提供一整套UI组件，包括按钮、输入框、下拉框等。Windows 和 macOS 是两个“产品族”，而按钮和复选框就是“产品”。抽象工厂可以帮哈基米一次性创建一个“Windows风格”的按钮和复选框，或者创建一套“Mac风格”的组件。

需要确保产品间的一致性时

需要保证创建的产品是彼此兼容的、一致性强。刚入行的哈基米混用了不同平台的UI组件，用 Windows 的按钮配 Mac 的复选框，导致了界面风格不统一，甚至功能出错。抽象工厂模式可以确保在同一时间内只用同一系列的产品，避免混搭问题。

需要轻松切换不同产品系列时

想在不修改代码的前提下，切换不同的产品系列。爱玩游戏的哈基米们都知道当玩家选择不同的种族角色（人族、兽族、精灵族），游戏就要加载不同的角色外观与技能。通过抽象工厂，只需更换工厂类即可生成另一套角色，而不需要动核心逻辑。

希望将客户端代码与具体实现解耦时

让客户端代码只依赖接口，而不是具体类。客户端只需要知道“哈基米需要一个战士角色”，不需要关心“这个战士是人族的还是兽族的、是用什么方式实现的”。这使得代码更灵活、更容易扩展，也有利于后期维护。

真实应用案例：

跨平台UI框架：JavaFX/Swing/Android等框架内部采用抽象工厂模式，实现不同设备间的差异化UI渲染逻辑。
应用主题管理系统：深色模式/浅色模式/高对比度模式等主题切换场景，可通过该模式优雅封装主题相关组件。
插件化架构实现：开发IDE或插件系统时，各插件的UI渲染/文件存储等差异化实现，通过该模式可实现无缝切换。
游戏角色装备系统：管理骑士/法师/弓箭手等不同角色对应的武器与防具组合时，该模式能有效维护装备一致性。

3. 核心组件

以下5个组件是掌握抽象模式的基础，建议哈基米们反复背诵。

抽象工厂（Abstract Factory）：声明每种产品类型的创建方法
具体工厂（Concrete Factory）：实现创建方法，返回产品变体
抽象产品（Abstract Product）：声明产品类型的接口
具体产品（Concrete Product）：实现产品接口
客户端（Client）：使用抽象工厂创建产品

下面通过一个游戏中不同阵营（如人族、兽族）下的角色创建（战士和法师）的例子来说明使用抽象工厂模式的5步大法。

Step1: 抽象产品（角色接口）

public interface Warrior {  void attack();  
}  public interface Mage {  void castSpell();  
}

Step2: 具体产品（不同阵营的角色）

public class HumanWarrior implements Warrior {  public void attack() {  System.out.println("Human Warrior slashes with a sword!");  }  
}  public class OrcWarrior implements Warrior {  public void attack() {  System.out.println("Orc Warrior smashes with an axe!");  }  
}  public class HumanMage implements Mage {  public void castSpell() {  System.out.println("Human Mage casts a fireball!");  }  
}  public class OrcMage implements Mage {  public void castSpell() {  System.out.println("Orc Mage conjures a shadow bolt!");  }  
}

Step3: 抽象工厂（角色工厂接口）

public interface CharacterFactory {  Warrior createWarrior();  Mage createMage();  
}

Step4: 具体工厂（阵营实现）

public class HumanFactory implements CharacterFactory {  public Warrior createWarrior() {  return new HumanWarrior();  }  public Mage createMage() {  return new HumanMage();  }  
}  public class OrcFactory implements CharacterFactory {  public Warrior createWarrior() {  return new OrcWarrior();  }  public Mage createMage() {  return new OrcMage();  }  
}

Step5: 客户端（游戏应用）

public class GameApp {  private Warrior warrior;  private Mage mage;  public GameApp(CharacterFactory factory) {  warrior = factory.createWarrior();  mage = factory.createMage();  }  public void play() {  warrior.attack();  mage.castSpell();  }  
}

运行示例（Demo）

public class Demo {  public static void main(String[] args) {  CharacterFactory factory;  // 假设此处是用户选择的阵营 String faction = "orc";  if (faction.equalsIgnoreCase("human")) {  factory = new HumanFactory();  } else {  factory = new OrcFactory();  }  GameApp gameApp = new GameApp(factory);  gameApp.play();  }  
}

4. 优点

扩展性好（不影响既有代码）
新增产品族只需实现新的具体工厂及相关产品，客户端代码完全无需改动。

示例：在刚才的组件案例中，Leader给哈基米提了一个需求——需要支持Linux系统主题，哈基米学完上述知识点后知道了仅需实现LinuxFactory、LinuxButton和LinuxCheckbox就可以完成需求了。
清晰的代码隔离
所有创建逻辑封装在工厂中，避免了业务逻辑中混杂if-else或switch语句。精简的客户端代码意味着缺陷更少并且更易维护。
关联对象的一致性保证
抽象工厂确保相关组件始终保持配套关系。（彻底杜绝深色模式按钮与浅色模式复选框的错误组合。）
灵活的测试与模拟
单元测试中可轻松模拟不同工厂，提升代码可测试性。
符合开闭原则
系统对扩展开放，对修改封闭。新类型的产品可以很方便的扩展进来，同时保证不触及既有代码。