抽象工廠模式詳解與範例

意圖

提供一個介面，用來建立一系列相關或相依的物件，而不指定它們的具體類別。抽象工廠是《設計模式》（Gang of Four，簡稱 GoF）一書中五種建立型模式之一，在書中也稱為 Kit。

它解決的問題

想像一個報表應用程式，可以為兩種目標輸出：網頁和純文字終端機。每個目標都需要自己版本的幾種元件：標題、表格和警告方塊。網頁的標題不能和終端機的表格混用，否則輸出就會壞掉。

如果報表程式碼直接呼叫 new HtmlHeading() 和 new TextTable()，它就綁死在具體類別上，目標的選擇散落在許多行程式碼中，也沒有任何機制能阻止有人把不同系列混在一起。抽象工廠把同一個系列的所有建立動作放在同一個物件後面，因此選擇只會在一個地方做出。

結構與參與者

TypeScript 實作

interface Heading { render(text: string): string; }
interface Alert { render(text: string): string; }

interface UiFactory {
  createHeading(): Heading;
  createAlert(): Alert;
}

class HtmlFactory implements UiFactory {
  createHeading(): Heading { return { render: (t) => `<h1>${t}</h1>` }; }
  createAlert(): Alert { return { render: (t) => `<div class="alert">${t}</div>` }; }
}

class TextFactory implements UiFactory {
  createHeading(): Heading { return { render: (t) => `${t}\n${"=".repeat(t.length)}` }; }
  createAlert(): Alert { return { render: (t) => `[!] ${t}` }; }
}

// The client knows only the interfaces.
function renderReport(ui: UiFactory): string {
  const heading = ui.createHeading();
  const alert = ui.createAlert();
  return [heading.render("Sales"), alert.render("2 orders failed")].join("\n");
}

const target: string = "text"; // e.g. from a command-line flag
const factory: UiFactory = target === "html" ? new HtmlFactory() : new TextFactory();
console.log(renderReport(factory));
// Sales
// =====
// [!] 2 orders failed

唯一提到具體類別名稱的地方，就是選擇工廠的那一行。renderReport 可以搭配任何系列運作，而且不可能不小心混用 HTML 和文字的元件，因為它所有的產品都來自同一個工廠。

在實際的程式中，產品通常會是方法更多的類別。這裡用物件字面值是為了讓範例簡短，結構是一樣的。

何時使用、何時不該用

在以下情況使用抽象工廠：

• 系統必須處理好幾個系列的相關產品，而且不同系列的產品不能混合使用（UI 主題、作業系統的元件、有成套連線與命令物件的資料庫驅動程式）。
• 你想在設定階段一次選定系列，並讓其餘程式碼與該選擇無關。
• 你想讓測試能透過一個工廠，提供整個系列的假物件。

在以下情況應避免使用：

• 只有一個系列。直接使用 new 或一個工廠函式會更簡單。
• 產品類型經常變動。新增一種產品，例如 createTable()，會迫使你修改工廠介面和每一個具體工廠。這正是 GoF 一書列出的主要弱點。

抽象工廠與工廠方法的比較

兩者常常結合使用：具體工廠的每個建立方法，本身就是一個工廠方法。

實際應用

• Java 的 XML API：DocumentBuilderFactory 和 TransformerFactory 是抽象類別。newInstance() 會找出具體實作，而使用它們的程式碼只依賴抽象型別。
• Java 的 JDBC API 運作方式類似：資料庫驅動程式會提供彼此相配的 Connection、Statement 和 ResultSet 實作，應用程式碼則只使用這些介面。
• GoF 一書自己的範例是支援多種外觀風格標準的使用者介面工具箱，每種標準有一個工廠，建立相配的捲軸、視窗與按鈕。

相關模式

• 工廠方法：具體工廠常把它的建立方法實作成工廠方法。
• 原型：工廠可以用原型物件來設定，並透過複製來建立產品，如此就不必為每個系列各寫一個工廠子類別。
• 單例：應用程式通常每個具體工廠只需要一個實例。
• 建造者：同樣會隱藏建構的細節，但它是一步一步建構單一的複雜物件，而抽象工廠則是立即回傳完成的產品。
• 橋接：抽象工廠可以建立並設定橋接中的實作端。