C# 設計模式：抽象工廠模式 (Abstract Factory Pattern) 完整解析

簡介

抽象工廠模式屬於創建型模式，提供「一個創建一系列相關或相互依賴對象的介面，而無需指定它們具體的類」。它將具體工廠的實例化延遲到子類，客戶端只需面對抽象介面，即可創建一整族相關產品。

模式結構

• AbstractFactory (抽象工廠)：宣告創建抽象產品的介面（AbstractMessageFactory）。
• ConcreteFactory (具體工廠)：實作創建具體產品邏輯（SqlMessageFactory, XmlMessageFactory）。
• AbstractProduct (抽象產品)：定義產品介面（AbstractMessage, AbstractMessageModel）。
• ConcreteProduct (具體產品)：實作具體產品（SqlMessage, SqlMessageModel 等）。
• Client (客戶端)：透過抽象工廠創建產品族（Message 類別）。

實作範例：SQL 與 XML 訊息處理族群

情境：系統需支援 SQL Server 與 XML 兩種資料存取方式，兩者各自包含 Message (操作類) 與 MessageModel (資料實體) 兩個相關物件，必須成對使用。

1. 抽象產品層

// 抽象資料實體
public abstract class AbstractMessageModel
{
    public string Message { get; set; }
    public DateTime PublishTime { get; set; }
    public abstract string UserId { get; set; } // 強制子類實作，可加入加密/解密邏輯

    protected AbstractMessageModel() { }
    protected AbstractMessageModel(string msg, DateTime pt) { Message = msg; PublishTime = pt; }
}

// 抽象操作類
public abstract class AbstractMessage
{
    public abstract string Insert(AbstractMessageModel model);
}

2. 具體產品：SQL 族群

public class SqlMessageModel : AbstractMessageModel
{
    private string _userId;
    public override string UserId { get => _userId; set => _userId = value; }

    public SqlMessageModel() : base() { }
    public SqlMessageModel(string userId, string msg, DateTime pt) : base(msg, pt) { _userId = userId; }
}

public class SqlMessage : AbstractMessage
{
    public override string Insert(AbstractMessageModel amm)
        => $"Sql方式插入Message。帳號：{amm.UserId}；內容：{amm.Message}；時間：{amm.PublishTime}";
}

3. 具體產品：XML 族群

public class XmlMessageModel : AbstractMessageModel
{
    private string _userId;
    public override string UserId 
    { 
        get => _userId; // 解密後的值
        set => _userId = value; // 加密後的值
    }

    public XmlMessageModel() : base() { }
    public XmlMessageModel(string userId, string msg, DateTime pt) : base(msg, pt) { _userId = userId; }
}

public class XmlMessage : AbstractMessage
{
    public override string Insert(AbstractMessageModel amm)
        => $"Xml方式插入Message。帳號：{amm.UserId}；內容：{amm.Message}；時間：{amm.PublishTime}";
}

4. 抽象與具體工廠

public abstract class AbstractMessageFactory
{
    public abstract AbstractMessageModel CreateMessageModel();
    public abstract AbstractMessage CreateMessage();
}

public class SqlMessageFactory : AbstractMessageFactory
{
    public override AbstractMessageModel CreateMessageModel() => new SqlMessageModel();
    public override AbstractMessage CreateMessage() => new SqlMessage();
}

public class XmlMessageFactory : AbstractMessageFactory
{
    public override AbstractMessageModel CreateMessageModel() => new XmlMessageModel();
    public override AbstractMessage CreateMessage() => new XmlMessage();
}

5. 客戶端 Context

public class Message
{
    private readonly AbstractMessage _insertMessage;
    private readonly AbstractMessageModel _messageModel;

    public Message(AbstractMessageFactory factory)
    {
        _insertMessage = factory.CreateMessage();
        _messageModel = factory.CreateMessageModel();
    }

    public string Insert(string userId, string msg, DateTime pt)
    {
        _messageModel.UserId = userId;
        _messageModel.Message = msg;
        _messageModel.PublishTime = pt;
        return _insertMessage.Insert(_messageModel);
    }
}

6. 客戶端使用

public partial class AbstractFactory : Page
{
    protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
    {
        // 使用 SQL 族群
        AbstractMessageFactory factory = new SqlMessageFactory();
        var msg = new Message(factory);
        Response.Write(msg.Insert("admin", "Sql方式", DateTime.Now) + "<br />");

        // 切換至 XML 族群
        factory = new XmlMessageFactory();
        msg = new Message(factory);
        Response.Write(msg.Insert("user", "Xml方式", DateTime.Now));
    }
}

執行結果

Sql方式插入Message。帳號：admin；內容：Sql方式；時間：2007-5-3 22:04:56
Xml方式插入Message。帳號：user；內容：Xml方式；時間：2007-5-3 22:04:56

模式優勢

1. 產品族一致性：確保客戶端只使用同一族群的產品（不會混用 SQL Model 與 XML Message）。
2. 易於切換產品族：只需更換具體工廠實例，整個系統行為即切換。
3. 符合開放封閉原則：新增新族群（如 Oracle、JSON）只需新增對應工廠與產品，不修改既有代碼。

適用場景

• 系統需支援多個產品族，且一次只使用其中一族。
• 產品之間有強相依關係，必須成對創建。
• 提供產品庫給第三方使用，只想暴露介面而非實作。

與工廠方法模式差異

參考資料：DoFactory Abstract Factory Pattern