Java设计模式——抽象工厂模式

在软件开发中，经常需要创建一组相关或依赖的对象，例如在创建用户界面时，需要同时创建按钮、文本框、复选框等组件，而这些组件之间可能存在一定的关联关系。如果直接在客户端代码中创建这些对象，会导致客户端代码与具体产品类耦合度较高，不利于后续的维护和扩展。此外，如果需要新增或修改产品类，就需要修改客户端代码，违反了开闭原则。

方案

使用抽象工厂模式，定义一个抽象工厂接口或抽象类，其中包含一组用于创建产品家族的抽象方法。
具体的产品家族由具体的工厂子类实现，每个具体工厂负责创建特定类型的产品。
客户端通过调用工厂方法来创建产品，而不直接与具体产品类进行交互。

效果

抽象工厂模式将对象的创建与使用分离，降低了客户端代码与具体产品的耦合度，提高了系统的灵活性和可扩展性。
新增产品时只需添加新的具体工厂和具体产品，无需修改现有的代码。
符合开闭原则，客户端代码不需要修改即可支持新的产品类型。
可以在运行时动态切换具体工厂，实现了运行时的配置选择。
适用于需要创建一组相关或依赖的对象家族，并且客户端不需要知道具体对象的创建细节的场景。

模式的结构

抽象工厂（Abstract Factory）

定义了一个创建一组相关或依赖对象的接口。通常是一个接口或者抽象类，其中包含一组用于创建产品家族的抽象方法。
抽象工厂可以看作是一种工厂的工厂，它包含多个工厂方法，每个工厂方法用于创建一个特定类型的产品，具体的产品创建由具体工厂类来实现。

具体工厂（Concrete Factory）

实现了抽象工厂接口，负责创建特定类型的产品家族。
每个具体工厂负责创建一组相关的产品，具体工厂类通常通过实现抽象工厂中定义的抽象方法来创建产品。
实现了抽象工厂接口或抽象工厂类中定义的抽象方法，从而隐藏了对象的创建细节，提供了一种统一的接口来创建产品族。

抽象产品（Abstract Product）

定义了产品对象的接口或抽象类，描述了产品对象应该具有的通用行为和属性。
通常作为工厂模式中的一个基类，用于统一表示一组相关的产品对象。
抽象产品的存在使得客户端代码可以通过与抽象产品进行交互，而不需要关心具体产品的实现细节，从而实现了客户端与具体产品类的解耦。

具体产品（Concrete Product）

实现了抽象产品接口，属于产品族中的具体对象。
每个具体产品类负责实现抽象产品中定义的抽象方法，以提供具体的功能实现。

抽象工厂模式的类图

优点

产品族一致性：抽象工厂模式能够确保创建的所有产品都属于同一产品族，这有助于确保这些产品之间的兼容性和一致性。
易于替换产品族：由于客户端只依赖于抽象工厂和抽象产品接口，因此可以比较容易地替换整个产品族，而不需要修改客户端代码。
降低耦合度：客户端代码与具体产品的实现解耦，客户端只需要与抽象工厂和抽象产品进行交互，而不需要关心具体产品的实现细节。
增加灵活性：抽象工厂模式支持在运行时动态切换具体工厂，从而实现了运行时的配置选择，可以根据需要选择不同的产品族。

缺点

扩展性受限：新增产品族时，除了需要添加新的具体工厂类外，还需要修改抽象工厂接口或抽象工厂类，这可能导致抽象工厂的修改，违反了开闭原则。
复杂性增加：抽象工厂模式引入了多个抽象类和接口，以及多个具体工厂类，这增加了系统的复杂性和理解难度。
不易于单独定制产品：由于抽象工厂模式一般是为了创建一组相关的产品对象，因此不太适合单独定制某个产品的场景，如果只需要定制某个产品，可能会显得过于笨重。

模式具体应用

在一个跨平台的软件项目中，需要创建 UI 元素，例如按钮、文本框等，同时确保所创建的元素与指定的操作系统匹配，以提供良好的用户体验。客户端代码不应该直接与具体的 UI 类耦合，而是希望能够通过统一的接口来创建 UI 元素，使得能够灵活地替换整个 UI 元素的产品族。

抽象产品 : Button.java

public abstract class Button {
    public abstract void paint();
}

抽象产品 : Checkbox.java

public abstract class Checkbox {
    public abstract void paint();
}

具体产品 MacButton.java

public class MacButton extends Button{
    @Override
    public void paint() {
        System.out.println("渲染了mac系统的Button");
    }
}

具体产品 MacCheckbox.java

public class MacCheckbox extends Checkbox {
    @Override
    public void paint() {
        System.out.println("渲染了mac系统的Checkbox");
    }
}

具体产品 WinButton.java

public class WinButton extends Button {
    @Override
    public void paint() {
        System.out.println("渲染了Win系统的Button");
    }
}

具体产品 WinCheckbox.java

public class WinCheckbox extends Checkbox {
    @Override
    public void paint() {
        System.out.println("渲染了win系统的Checkbox");
    }
}

抽象工厂: GuiFactory .java

public abstract class GuiFactory {

    public abstract Button createButton();
    public abstract Checkbox createCheckbox();
}

具体构造者（ConcreteCreator）: MacFactory .java

public class MacFactory extends GuiFactory {

    @Override
    public Button createButton() {
        return new MacButton();
    }

    @Override
    public Checkbox createCheckbox() {
        return new MacCheckbox();
    }
}

具体构造者（ConcreteCreator）: WinFactory .java

public class WinFactory extends GuiFactory{
    
    @Override
    public WinButton createButton() {
        return new WinButton();
    }

    @Override
    public Checkbox createCheckbox() {
        return new WinCheckbox();
    }
}

应用包装：Application.java

public class Application {
    private GuiFactory factory;

    public Application(GuiFactory factory) {
        this.factory = factory;

    }
   public void createUI() {
        factory.createButton().paint();
        factory.createCheckbox().paint();
    }
}

测试：ApiTest.java

public class ApiTest {

    @Test
    public void abstractFactoryPattern(){

            String os = "Mac";

            GuiFactory factory;
            if (os.equals("Windows")) {
                factory = new WinFactory();
            } else if (os.equals("Mac")) {
                factory = new MacFactory();
            } else {
                throw new RuntimeException("错误！未知的操作系统。");
            }
            Application app = new Application(factory);
            app.createUI();
    }
}