工厂模式和抽象工厂模式

1. 介绍

工厂模式和抽象工厂模式是面向对象设计中常用的两种设计模式，旨在解耦对象的创建过程和使用过程，从而增强系统的灵活性和可维护性。

工厂模式

工厂模式是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。工厂模式将对象的实例化推迟到子类，从而提高了系统的灵活性。

应用场景：

需要大量创建对象的情况：当对象的创建过程复杂，或需要创建的对象可能发生变化时，使用工厂模式可以集中管理对象的创建。
类不知道需要的对象具体类：例如，某个操作系统的接口，但不确定具体实现的操作系统类型。
通过子类实例化满足需求：当类希望通过子类来决定具体对象的创建，以避免直接依赖具体实现类。

优点：

降低耦合度：客户端代码不需要知道创建对象的具体类，只需了解工厂方法。
增强灵活性：可以通过更改子类的实现方便地扩展系统。
集中控制对象的创建过程：统一管理对象的创建逻辑，易于维护和扩展。

缺点：

增加系统复杂度：需要创建多个工厂类，可能引入多个接口。

抽象工厂模式

抽象工厂模式也是一种创建型设计模式，它提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而不需要指定具体类。通过定义一个抽象工厂接口，允许子类实现该接口以生成相关对象。

应用场景：

需要创建一系列相关联的对象：例如创建一套用户界面的控件（按钮、对话框、文本框等）。
系统需要独立于对象的创建和组合过程：通过一组共同的接口来管理对象，与对象的具体实现解耦。
支持多种系列的对象创建：如支持不同风格的用户界面（Windows风格、Mac风格）时，抽象工厂模式能够有效管理这些不同系列的对象。

优点：

可以创建一系列相关的对象：通过统一接口创建一组相关对象，确保一致性和兼容性。
解耦具体产品实现：客户端代码不依赖于具体产品的实现，仅依赖于抽象接口。
增加系统扩展性：可以轻松增加新产品系列而无需修改现有代码。

缺点：

引入更多抽象层次：增加了系统的复杂度，需要处理更多的工厂类和接口。
产品族变化可能需更改代码：当产品族变化较大时，可能需要修改工厂实现代码。

总结比较

工厂模式侧重于提供创建单一产品对象的接口，主要用于解决具体对象的创建问题。
抽象工厂模式则更为全面，解决创建一系列相关产品对象的问题，适合需要多个对象协调工作的场景。

代码案例

// =================== 工厂模式（Factory Method Pattern） ===================
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// Vehicle 是抽象基类，定义了车辆的 drive 方法。
abstract class Vehicle {
    public abstract void drive();
}

// 具体车辆实现：轿车
class Sedan extends Vehicle {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶轿车");
    }
}

// 具体车辆实现：SUV
class SUV extends Vehicle {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶SUV");
    }
}

// 车辆工厂接口，声明工厂方法
interface VehicleFactory {
    Vehicle createVehicle();
}

// 具体工厂A，生产轿车
class SedanFactory implements VehicleFactory {
    @Override
    public Vehicle createVehicle() {
        return new Sedan();
    }
}

// 具体工厂B，生产SUV
class SUVFactory implements VehicleFactory {
    @Override
    public Vehicle createVehicle() {
        return new SUV();
    }
}

// =================== 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern） ===================
// Computer 是抽象基类，定义了计算机的 assemble 方法。
abstract class Computer {
    public abstract void assemble();
}

// 办公计算机的具体实现：办公台式机
class OfficeDesktop extends Computer {
    @Override
    public void assemble() {
        System.out.println("组装办公台式机");
    }
}

// 办公计算机的具体实现：办公笔记本
class OfficeLaptop extends Computer {
    @Override
    public void assemble() {
        System.out.println("组装办公笔记本");
    }
}

// 游戏计算机的具体实现：游戏台式机
class GamingDesktop extends Computer {
    @Override
    public void assemble() {
        System.out.println("组装游戏台式机");
    }
}

// 游戏计算机的具体实现：游戏笔记本
class GamingLaptop extends Computer {
    @Override
    public void assemble() {
        System.out.println("组装游戏笔记本");
    }
}

// 抽象工厂接口，定义创建计算机的方法
interface ComputerFactory {
    Computer createDesktop();
    Computer createLaptop();
    void assembleComputers();
}

// 办公计算机工厂，生产办公计算机系列
class OfficeComputerFactory implements ComputerFactory {
    private OfficeDesktop desktop;
    private OfficeLaptop laptop;

    @Override
    public Computer createDesktop() {
        desktop = new OfficeDesktop();
        return desktop;
    }

    @Override
    public Computer createLaptop() {
        laptop = new OfficeLaptop();
        return laptop;
    }

    @Override
    public void assembleComputers() {
        if (desktop != null && laptop != null) {
            System.out.println("组装办公计算机系列：");
            desktop.assemble();
            laptop.assemble();
        } else {
            System.out.println("请先创建所有计算机。");
        }
    }
}

// 游戏计算机工厂，生产游戏计算机系列
class GamingComputerFactory implements ComputerFactory {
    private GamingDesktop desktop;
    private GamingLaptop laptop;

    @Override
    public Computer createDesktop() {
        desktop = new GamingDesktop();
        return desktop;
    }

    @Override
    public Computer createLaptop() {
        laptop = new GamingLaptop();
        return laptop;
    }

    @Override
    public void assembleComputers() {
        if (desktop != null && laptop != null) {
            System.out.println("组装游戏计算机系列：");
            desktop.assemble();
            laptop.assemble();
        } else {
            System.out.println("请先创建所有计算机。");
        }
    }
}

// 演示工厂模式和抽象工厂模式的使用
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 工厂模式示例
        VehicleFactory sedanFactory = new SedanFactory();
        Vehicle sedan = sedanFactory.createVehicle();
        sedan.drive();  // 输出: 驾驶轿车

        VehicleFactory suvFactory = new SUVFactory();
        Vehicle suv = suvFactory.createVehicle();
        suv.drive();  // 输出: 驾驶SUV

        // 抽象工厂模式示例
        // 办公计算机系列示例
        ComputerFactory officeFactory = new OfficeComputerFactory();
        officeFactory.createDesktop();  // 创建办公台式机
        officeFactory.createLaptop();    // 创建办公笔记本
        officeFactory.assembleComputers();  // 输出: 组装办公计算机系列：组装办公台式机，组装办公笔记本

        // 游戏计算机系列示例
        ComputerFactory gamingFactory = new GamingComputerFactory();
        gamingFactory.createDesktop();  // 创建游戏台式机
        gamingFactory.createLaptop();    // 创建游戏笔记本
        gamingFactory.assembleComputers();  // 输出: 组装游戏计算机系列：组装游戏台式机，组装游戏笔记本
    }
}

代码详细介绍

工厂模式
- Vehicle：定义了车辆的抽象接口，包含一个抽象方法 drive，每种具体车辆都需要实现该方法。
- Sedan 和 SUV：这两个类分别实现了 Vehicle 接口，定义了各自的 drive 方法，输出不同的驾驶信息。
- VehicleFactory：定义了一个工厂接口，声明了 createVehicle 方法，所有具体工厂都需要实现这个方法。
- SedanFactory 和 SUVFactory：分别实现了 VehicleFactory 接口，用于创建 Sedan 和 SUV 实例。
抽象工厂模式
- Computer：定义了计算机的抽象接口，包含一个抽象方法 assemble，具体计算机类需要实现此方法。
- OfficeDesktop 和 OfficeLaptop：实现了 Computer 接口，分别用于组装办公台式机和笔记本。
- GamingDesktop 和 GamingLaptop：实现了 Computer 接口，分别用于组装游戏台式机和笔记本。
- ComputerFactory：抽象工厂接口，定义了创建台式机和笔记本的方法，以及协调工作的 assembleComputers 方法。
- OfficeComputerFactory 和 GamingComputerFactory：具体工厂，分别用于创建办公和游戏系列的计算机，并实现了 assembleComputers 方法，确保所有计算机可以一起组装。