抽象工厂模式(Abstract Factory)在JavaScript中的运用

作者：陈川阅读数：43285人阅读分类： JavaScript

抽象工厂模式在JavaScript中的运用

抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种方式来封装一组具有共同主题的独立工厂，而无需指定它们的具体类。在JavaScript这种动态语言中，虽然缺乏接口和抽象类的原生支持，但通过灵活运用对象和原型，依然可以实现抽象工厂的核心思想。

基本概念与结构

抽象工厂模式的核心在于创建一系列相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。它通常包含以下角色：

抽象工厂：声明创建抽象产品对象的接口
具体工厂：实现抽象工厂的接口，创建具体的产品
抽象产品：声明产品对象的接口
具体产品：定义具体工厂创建的具体产品对象

// 抽象工厂
class UIFactory {
  createButton() {
    throw new Error('必须由子类实现');
  }
  
  createDialog() {
    throw new Error('必须由子类实现');
  }
}

// 具体工厂 - Material风格
class MaterialUIFactory extends UIFactory {
  createButton() {
    return new MaterialButton();
  }
  
  createDialog() {
    return new MaterialDialog();
  }
}

// 具体工厂 - Flat风格
class FlatUIFactory extends UIFactory {
  createButton() {
    return new FlatButton();
  }
  
  createDialog() {
    return new FlatDialog();
  }
}

// 抽象产品
class Button {
  render() {
    throw new Error('必须由子类实现');
  }
}

// 具体产品
class MaterialButton extends Button {
  render() {
    console.log('渲染Material风格按钮');
  }
}

class FlatButton extends Button {
  render() {
    console.log('渲染Flat风格按钮');
  }
}

// 使用示例
function createUI(factory) {
  const button = factory.createButton();
  const dialog = factory.createDialog();
  
  button.render();
  dialog.render();
}

// 根据配置选择工厂
const config = { theme: 'material' };
const factory = config.theme === 'material' 
  ? new MaterialUIFactory() 
  : new FlatUIFactory();

createUI(factory);

JavaScript中的实现特点

由于JavaScript是动态类型语言，实现抽象工厂模式时有一些独特之处：

鸭子类型替代接口检查：JavaScript不检查类型，只要对象有相应方法就能工作
工厂方法可以是普通函数：不一定要用类，工厂可以是返回对象的函数
组合优于继承：可以使用对象组合而非类继承来实现变体

// 使用函数式风格的抽象工厂
function createMaterialUI() {
  return {
    createButton: () => ({
      render: () => console.log('函数式Material按钮')
    }),
    createDialog: () => ({
      render: () => console.log('函数式Material对话框')
    })
  };
}

function createFlatUI() {
  return {
    createButton: () => ({
      render: () => console.log('函数式Flat按钮')
    }),
    createDialog: () => ({
      render: () => console.log('函数式Flat对话框')
    })
  };
}

// 使用
const uiFactory = theme === 'material' ? createMaterialUI() : createFlatUI();
const button = uiFactory.createButton();
button.render();

实际应用场景

抽象工厂模式在前端开发中有多种实用场景：

主题系统实现

构建可切换主题的UI组件库是抽象工厂的典型应用。每个主题对应一个具体工厂，生产风格一致的组件。

// 主题工厂
const themeFactories = {
  dark: {
    createButton: () => ({
      background: '#222',
      color: '#fff',
      render() {
        console.log(`渲染暗色按钮: ${this.background}/${this.color}`);
      }
    }),
    createCard: () => ({
      background: '#333',
      color: '#eee',
      render() {
        console.log(`渲染暗色卡片: ${this.background}/${this.color}`);
      }
    })
  },
  light: {
    createButton: () => ({
      background: '#eee',
      color: '#222',
      render() {
        console.log(`渲染亮色按钮: ${this.background}/${this.color}`);
      }
    }),
    createCard: () => ({
      background: '#fff',
      color: '#333',
      render() {
        console.log(`渲染亮色卡片: ${this.background}/${this.color}`);
      }
    })
  }
};

// 主题切换
let currentTheme = 'light';

function toggleTheme() {
  currentTheme = currentTheme === 'light' ? 'dark' : 'light';
  renderUI();
}

function renderUI() {
  const factory = themeFactories[currentTheme];
  const button = factory.createButton();
  const card = factory.createCard();
  
  button.render();
  card.render();
}

// 初始化
renderUI();

跨平台UI适配

当需要为不同平台(Web、Mobile、Desktop)创建适配的UI组件时，抽象工厂可以确保同一家族组件协同工作。

// 平台抽象工厂
class PlatformUIFactory {
  createMenu() {}
  createWindow() {}
}

// Web平台实现
class WebUIFactory extends PlatformUIFactory {
  createMenu() {
    return new WebMenu();
  }
  
  createWindow() {
    return new WebWindow();
  }
}

// Mobile平台实现
class MobileUIFactory extends PlatformUIFactory {
  createMenu() {
    return new MobileMenu();
  }
  
  createWindow() {
    return new MobileWindow();
  }
}

// 检测平台并创建对应工厂
function createPlatformFactory() {
  if (isMobile()) {
    return new MobileUIFactory();
  } else {
    return new WebUIFactory();
  }
}

const factory = createPlatformFactory();
const menu = factory.createMenu();
const window = factory.createWindow();

高级应用与变体

动态工厂注册

实现一个可扩展的系统，允许运行时注册新的工厂类型：

class UIFactoryRegistry {
  constructor() {
    this.factories = {};
  }
  
  register(type, factory) {
    this.factories[type] = factory;
  }
  
  getFactory(type) {
    const factory = this.factories[type];
    if (!factory) {
      throw new Error(`未注册的工厂类型: ${type}`);
    }
    return factory;
  }
}

// 使用
const registry = new UIFactoryRegistry();
registry.register('material', new MaterialUIFactory());
registry.register('flat', new FlatUIFactory());

// 根据用户偏好获取工厂
const userPreference = localStorage.getItem('ui-theme') || 'material';
const factory = registry.getFactory(userPreference);

工厂组合

有时需要组合多个工厂的功能，可以通过代理模式实现：

class CombinedUIFactory {
  constructor(buttonFactory, dialogFactory) {
    this.buttonFactory = buttonFactory;
    this.dialogFactory = dialogFactory;
  }
  
  createButton() {
    return this.buttonFactory.createButton();
  }
  
  createDialog() {
    return this.dialogFactory.createDialog();
  }
}

// 创建混合风格的UI
const materialButtons = new MaterialUIFactory();
const flatDialogs = new FlatUIFactory();
const hybridFactory = new CombinedUIFactory(materialButtons, flatDialogs);

性能考量与优化

虽然抽象工厂提供了灵活性，但在性能敏感场景需要考虑：

工厂实例缓存：重复使用工厂实例而非频繁创建
惰性初始化：推迟产品创建直到真正需要
简化产品创建：对于简单对象，考虑使用Object.create而非构造函数

// 带缓存的工厂
class CachedUIFactory {
  constructor() {
    this.cache = new Map();
  }
  
  createButton(type) {
    if (!this.cache.has(type)) {
      let button;
      if (type === 'material') {
        button = new MaterialButton();
      } else {
        button = new FlatButton();
      }
      this.cache.set(type, button);
    }
    return this.cache.get(type);
  }
}

与其它模式的比较

抽象工厂 vs 工厂方法

工厂方法通过继承创建对象，抽象工厂通过对象组合
工厂方法创建单一产品，抽象工厂创建产品家族
抽象工厂通常使用工厂方法实现

抽象工厂 vs 建造者模式

抽象工厂关注产品家族的创建
建造者模式关注分步骤构建复杂对象
建造者最后一步返回产品，抽象工厂立即返回

// 建造者模式对比
class UIBuilder {
  constructor() {
    this.theme = 'material';
  }
  
  setTheme(theme) {
    this.theme = theme;
    return this;
  }
  
  build() {
    return this.theme === 'material' 
      ? new MaterialUIFactory() 
      : new FlatUIFactory();
  }
}

// 使用
const factory = new UIBuilder()
  .setTheme('flat')
  .build();

测试策略

为抽象工厂编写有效测试的要点：

测试每个具体工厂创建的产品类型正确
验证产品之间的兼容性
测试工厂的扩展性

// 使用Jest测试
describe('UIFactory', () => {
  describe('MaterialUIFactory', () => {
    const factory = new MaterialUIFactory();
    
    test('创建的按钮应是MaterialButton', () => {
      expect(factory.createButton()).toBeInstanceOf(MaterialButton);
    });
    
    test('按钮和对话框风格应一致', () => {
      const button = factory.createButton();
      const dialog = factory.createDialog();
      expect(button.theme).toEqual(dialog.theme);
    });
  });
});

常见问题与解决方案

问题1：产品家族扩展困难

当需要添加新产品类型时，必须修改所有工厂类。解决方案：

使用混合工厂
为新产品提供默认实现
使用JavaScript的动态特性实现部分更新

// 可扩展的工厂实现
class ExtensibleUIFactory {
  constructor(productCreators = {}) {
    this.productCreators = productCreators;
  }
  
  registerProduct(type, creator) {
    this.productCreators[type] = creator;
  }
  
  create(productType) {
    const creator = this.productCreators[productType];
    if (!creator) {
      throw new Error(`无法创建未注册的产品类型: ${productType}`);
    }
    return creator();
  }
}

// 使用
const factory = new ExtensibleUIFactory({
  button: () => new MaterialButton(),
  dialog: () => new MaterialDialog()
});

// 扩展新产品
factory.registerProduct('tooltip', () => new MaterialTooltip());

问题2：JavaScript缺乏接口检查

解决方案：

使用TypeScript添加类型检查
运行时鸭子类型检查
文档约定

// TypeScript实现
interface UIFactory {
  createButton(): Button;
  createDialog(): Dialog;
}

class MaterialUIFactory implements UIFactory {
  createButton(): Button {
    return new MaterialButton();
  }
  
  createDialog(): Dialog {
    return new MaterialDialog();
  }
}

现代JavaScript/TypeScript中的演进

随着JavaScript生态发展，抽象工厂模式也有新变化：

使用Symbol作为产品标识：避免命名冲突
配合DI容器使用：如InversifyJS
与React Context结合：实现主题工厂

// 使用React Context实现主题工厂
const ThemeContext = React.createContext({
  createButton: () => new DefaultButton(),
  createCard: () => new DefaultCard()
});

// Material主题提供者
function MaterialThemeProvider({ children }) {
  const value = {
    createButton: () => new MaterialButton(),
    createCard: () => new MaterialCard()
  };
  
  return (
    <ThemeContext.Provider value={value}>
      {children}
    </ThemeContext.Provider>
  );
}

// 使用主题组件
function ThemedButton() {
  const { createButton } = useContext(ThemeContext);
  const button = createButton();
  
  return <button style={button.style}>{button.label}</button>;
}

与其他技术的结合

与Web Components结合

使用抽象工厂创建自定义元素：

// 定义UI元素工厂
class WebComponentFactory {
  createButton(text) {
    class UIButton extends HTMLElement {
      constructor() {
        super();
        this.attachShadow({ mode: 'open' });
        this.shadowRoot.innerHTML = `
          <button>${text}</button>
          <style>button { padding: 0.5em 1em; }</style>
        `;
      }
    }
    customElements.define('ui-button', UIButton);
    return document.createElement('ui-button');
  }
}

// 使用
const factory = new WebComponentFactory();
document.body.appendChild(factory.createButton('点击我'));

与函数式编程结合

使用高阶函数实现工厂：

// 工厂生成器
function createUIFactory(styles) {
  return {
    createButton: (text) => ({
      text,
      styles,
      render() {
        console.log(`渲染按钮: ${this.text}`, this.styles);
      }
    }),
    createInput: (placeholder) => ({
      placeholder,
      styles,
      render() {
        console.log(`渲染输入框: ${this.placeholder}`, this.styles);
      }
    })
  };
}

// 创建具体工厂
const materialFactory = createUIFactory({
  borderRadius: '4px',
  elevation: '2px'
});

const flatFactory = createUIFactory({
  borderRadius: '0',
  elevation: 'none'
});

设计考量与取舍

实现抽象工厂时需要权衡的因素：

复杂度与灵活性：抽象工厂增加了系统复杂度，但提供了极大灵活性
启动性能：工厂初始化可能影响应用启动时间
内存使用：每个具体工厂都是长期存在的对象
学习曲线：团队成员需要理解模式才能有效使用

// 性能优化的工厂实现
class OptimizedUIFactory {
  constructor() {
    // 预创建并缓存常用产品
    this.buttonPrototype = new Button();
    this.dialogPrototype = new Dialog();
  }
  
  createButton() {
    return Object.create(this.buttonPrototype);
  }
  
  createDialog() {
    return Object.create(this.dialogPrototype);
  }
}

浏览器兼容性与polyfill

在旧版浏览器中实现抽象工厂的注意事项：

使用ES5语法实现类层次结构
为缺乏Object.create的环境提供polyfill
考虑使用立即执行函数封装工厂实现

// ES5兼容实现
var UIFactory = (function() {
  function UIFactory() {
    if (this.constructor === UIFactory) {
      throw new Error('不能实例化抽象类');
    }
  }
  
  UIFactory.prototype.createButton = function() {
    throw new Error('必须由子类实现');
  };
  
  UIFactory.prototype.createDialog = function() {
    throw new Error('必须由子类实现');
  };
  
  return UIFactory;
})();

// 具体工厂
var MaterialUIFactory = (function() {
  function MaterialUIFactory() {}
  
  MaterialUIFactory.prototype = Object.create(UIFactory.prototype);
  
  MaterialUIFactory.prototype.createButton = function() {
    return new MaterialButton();
  };
  
  MaterialUIFactory.prototype.createDialog = function() {
    return new MaterialDialog();
  };
  
  return MaterialUIFactory;
})();

在流行框架中的应用

与Vue组合API结合

// 创建UI工厂提供者
export function useUIFactory() {
  const theme = ref('material');
  
  const factories = {
    material: {
      createButton: () => ({
        classes: 'bg-blue-500 text-white rounded',
        variant: 'material'
      }),
      createCard: () => ({
        classes: 'shadow-md rounded-lg',
        variant: 'material'
      })
    },
    flat: {
      createButton: () => ({
        classes: 'bg-gray-200 text-black',
        variant: 'flat'
      }),
      createCard: () => ({
        classes: 'border border-gray-300',
        variant: 'flat'
      })
    }
  };
  
  const currentFactory = computed(() => factories[theme.value]);
  
  return {
    theme,
    currentFactory
  };
}

// 组件使用
export default {
  setup() {
    const { currentFactory } = useUIFactory();
    
    const button = currentFactory.value.createButton();
    const card = currentFactory.value.createCard();
    
    return { button, card };
  }
};

与Angular依赖注入结合

// 定义抽象工厂令牌
export const UI_FACTORY = new InjectionToken<UIFactory>('ui.factory');

// 提供具体工厂
@NgModule({
  providers: [
    { provide: UI_FACTORY, useClass: MaterialUIFactory }
  ]
})
export class AppModule {}

// 组件中使用
@Component({
  selector: 'app-ui',
  template: `<button [ngClass]="buttonClasses">按钮</button>`
})
export class UIComponent {
  button: Button;
  
  constructor(@Inject(UI_FACTORY) private factory: UIFactory) {
    this.button = factory.createButton();
  }
  
  get buttonClasses() {
    return this.button.classes;
  }
}

模式扩展与创新

响应式工厂

创建能够响应状态变化的动态工厂：

class ReactiveUIFactory {
  constructor(initialTheme = 'material') {
    this._theme = new rxjs.BehaviorSubject(initialTheme);
    
    this.factories = {
      material: {
        createButton: () => new MaterialButton(),
        createDialog: () => new MaterialDialog()
      },
      flat: {
        createButton: () => new FlatButton(),
        createDialog: () => new FlatDialog()
      }
    };
  }
  
  get theme$() {
    return this._theme.asObservable();
  }
  
  setTheme(theme) {
    this._theme.next(theme);
  }
  
  createButton() {
    return this.theme$.pipe(
      rxjs.map(theme => this.factories[theme].createButton()),
      rxjs.distinctUntilChanged()
    );
  }
}

// 使用
const factory = new ReactiveUIFactory();
factory.createButton().subscribe(button => {
  console.log('当前按钮:', button);
});

// 切换主题会触发新按钮创建
factory.setTheme('

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