Abstract Factoryとは｜デザインパターンの解説

この記事では、GoFの23種類のデザインパターンの一つであるAbstract Factoryについて詳しく解説します。

Abstract Factoryパターンの概要、使い方、そしてJavaを用いた実装サンプルを紹介し、実際の開発にどのように役立つかを説明します。

デザインパターンについての詳しい解説はGoFの23のデザインパターンを解説をご覧ください。

Abstract Factoryとは

Abstract Factoryは、GoF（Gang of Four）の23のデザインパターンの一つで、オブジェクトの生成をカプセル化するためのパターンです。

このパターンは、関連するオブジェクト群を生成するためのインターフェースを提供し、どの具体的なクラスをインスタンス化するかをサブクラスに委ねます。

これにより、クライアントコードは具体的なクラスに依存せずに、異なる製品群を作成できるようになります。

複雑なシステムにおいて、異なる製品群やファミリーを切り替える必要がある場合に特に有効です。

Abstract Factoryの特徴

Abstract Factoryパターンは、具体的な生成方法やクラスに依存しないため、システムの拡張性や保守性が向上します。

また、クライアントコードが特定のクラスに依存しないため、新しい製品ファミリーを追加する際も、既存のコードに影響を与えにくい利点があります。

Abstract Factoryの使い方

Abstract Factoryを使用することで、異なる製品ファミリーを柔軟に作成できます。ここでは、具体的な使用方法を順を追って説明します。

Abstract Factoryパターンでは、製品群を表現するために抽象クラスやインターフェースを使用します。それらを基に、具体的な製品を作成するクラスが派生されます。

このパターンの使用例として、異なるUIコンポーネントを持つアプリケーションが挙げられます。

例えば、Windows向けのUIコンポーネントと、macOS向けのUIコンポーネントを作成する場合、それぞれのプラットフォームに対応した製品群を生成するFactoryクラスを作成します。

例: UIコンポーネントの生成

UIの部品としてボタンとテキストフィールドを持つアプリケーションを考えます。Windows用とmacOS用に、それぞれ異なる見た目のコンポーネントを提供するために、Abstract Factoryを使用します。

ボタンとテキストフィールドは、それぞれ抽象クラスまたはインターフェースとして定義されます。そして、Windows用とmacOS用の具体的なクラスがこれらのインターフェースを実装します。

Abstract Factory実装サンプル

ここでは、JavaでのAbstract Factoryパターンの実装例を紹介します。この例では、異なるOS（WindowsとmacOS）のUIコンポーネントを生成するFactoryを実装します。

Javaによる実装例

以下は、Abstract FactoryパターンのJavaによる実装例です。

// 抽象製品：Button
public interface Button {
    void paint();
}

// 具体的製品：WindowsButton
public class WindowsButton implements Button {
    @Override
    public void paint() {
        System.out.println("Rendering a button in Windows style.");
    }
}

// 具体的製品：MacOSButton
public class MacOSButton implements Button {
    @Override
    public void paint() {
        System.out.println("Rendering a button in macOS style.");
    }
}

// 抽象製品：TextField
public interface TextField {
    void display();
}

// 具体的製品：WindowsTextField
public class WindowsTextField implements TextField {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying a text field in Windows style.");
    }
}

// 具体的製品：MacOSTextField
public class MacOSTextField implements TextField {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying a text field in macOS style.");
    }
}

// 抽象ファクトリー：UIFactory
public interface UIFactory {
    Button createButton();
    TextField createTextField();
}

// 具体的ファクトリー：WindowsFactory
public class WindowsFactory implements UIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new WindowsButton();
    }

    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new WindowsTextField();
    }
}

// 具体的ファクトリー：MacOSFactory
public class MacOSFactory implements UIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new MacOSButton();
    }

    @Override
    public TextField createTextField() {
        return new MacOSTextField();
    }
}

// クライアントコード
public class Application {
    private Button button;
    private TextField textField;

    public Application(UIFactory factory) {
        button = factory.createButton();
        textField = factory.createTextField();
    }

    public void render() {
        button.paint();
        textField.display();
    }

    public static void main(String[] args) {
        UIFactory factory;
        String os = "Windows";  // ここでOSに応じたファクトリを選択する

        if (os.equals("Windows")) {
            factory = new WindowsFactory();
        } else {
            factory = new MacOSFactory();
        }

        Application app = new Application(factory);
        app.render();
    }
}

この実装例では、異なるOSに応じてボタンとテキストフィールドの生成が動的に切り替わることがわかります。

クライアントコードは具体的な製品の生成方法を知らなくても、Abstract Factoryを通じて製品を利用できます。

実装のポイント

このように、Abstract Factoryパターンを使うことで、クライアントコードを変更することなく異なる製品群を簡単に切り替えることができます。

新たなOSやプラットフォームが追加された場合も、対応するファクトリクラスを追加するだけで済みます。

まとめ

Abstract Factoryパターンは、関連するオブジェクト群を生成するためのインターフェースを提供し、異なる製品ファミリーを動的に切り替えることが可能です。

このパターンを使用することで、システムの拡張性と保守性が向上し、クライアントコードは具体的なクラスに依存しない設計を実現できます。

特に、複雑なシステムにおいて異なる製品ファミリーを切り替える必要がある場合に有効です。

Javaでの実装例を通じて、Abstract Factoryパターンがどのように機能するかを理解していただけたと思います。