设计模式

二十三种设计模式 - 建造者模式

2019-05-10  本文已影响0人  JustTheSame

二十三种设计模式 - 建造者模式

建造者模式简介

模式动机

无论是在现实世界中还是在软件系统中，都存在一些复杂的对象，它们拥有多个组成部分，如汽车，它包括车轮、方向盘、发动机等各种部件。而对于大多数用户而言，无须知道这些部件的装配细节，也几乎不会使用单独某个部件，而是使用一辆完整的汽车，可以通过建造者模式对其进行设计与描述，建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。

在软件开发中，也存在大量类似汽车一样的复杂对象，它们拥有一系列成员属性，这些成员属性中有些是引用类型的成员对象。而且在这些复杂对象中，还可能存在一些限制条件，如某些属性没有赋值则复杂对象不能作为一个完整的产品使用；有些属性的赋值必须按照某个顺序，一个属性没有赋值之前，另一个属性可能无法赋值等。

复杂对象相当于一辆有待建造的汽车，而对象的属性相当于汽车的部件，建造产品的过程就相当于组合部件的过程。由于组合部件的过程很复杂，因此，这些部件的组合过程往往被“外部化”到一个称作建造者的对象里，建造者返还给客户端的是一个已经建造完毕的完整产品对象，而用户无须关心该对象所包含的属性以及它们的组装方式，这就是建造者模式的模式动机。

模式定义

建造者模式(Builder Pattern)：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。建造者模式属于对象创建型模式。根据中文翻译的不同，建造者模式又可以称为生成器模式。

建造者模式结构

结构图

UML.png

时序图

Sequence.png

参与者

建造者模式参与者：

Product：产品角色，包含多个组件部件的复杂对象，由具体建造者创建其各个部件。

Builder：抽象建造者，是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品角色的方法getResult()。

Concrete Builder：具体建造者，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。

Director：指挥者，用来调用建造者中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体的产品信息。

产品类角色
class Product
{
    private String partA;
    private String partB;
    private String partC;
    public void setPartA(String partA)
    {
        this.partA=partA;
    }
    public void setPartB(String partB)
    {
        this.partB=partB;
    }
    public void setPartC(String partC)
    {
        this.partC=partC;
    }
    public void show()
    {
        //显示产品的特性
    }
}
抽象建造者类
abstract class Builder
{
    //创建产品对象
    protected Product product=new Product();
    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract void buildPartC();
    //返回产品对象
    public Product getResult()
    {
        return product;
    }
}
具体建造者类
public class ConcreteBuilder extends Builder
{
    public void buildPartA()
    {
        product.setPartA("建造 PartA");
    }
    public void buildPartB()
    {
        product.setPartA("建造 PartB");
    }
    public void buildPartC()
    {
        product.setPartA("建造 PartC");
    }
}
指挥者类
class Director
{
    private Builder builder;
    public Director(Builder builder)
    {
        this.builder=builder;
    }
    //产品构建与组装方法
    public Product construct()
    {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}
客户端
public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Builder builder=new ConcreteBuilder();
        Director director=new Director(builder);
        Product product=director.construct();
        product.show();
    }
}

建造者模式实现

客厅装修项目

客厅装修是一个复杂的过程，它包含墙体的装修、电视机的选择、沙发的购买与布局等。客户把装修要求告诉项目经理，项目经理指挥装修工人一步步装修，最后完成整个客厅的装修与布局，所以本实例用建造者模式实现比较适合。

这里客厅是产品，包括墙、电视和沙发等组成部分。具体装修工人是具体建造者，他们负责装修与墙、电视和沙发的布局。项目经理是指挥者，他负责指挥装修工人进行装修。

另外，客厅类中提供了 show() 方法，可以将装修效果图显示出来（点此下载装修效果图的图片）。

首先创建具体的产品类，也就是我们需要装修的客厅。

package com.lance.decoration.product;

public class Parlour {

    private String wall;

    private String televison;

    private String sofa;

    public String getWall() {
        return wall;
    }

    public void setWall(String wall) {
        this.wall = wall;
    }

    public String getTelevison() {
        return televison;
    }

    public void setTelevison(String televison) {
        this.televison = televison;
    }

    public String getSofa() {
        return sofa;
    }

    public void setSofa(String sofa) {
        this.sofa = sofa;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Parlour{" +
                "wall='" + wall + '\'' +
                ", televison='" + televison + '\'' +
                ", sofa='" + sofa + '\'' +
                '}';
    }

    public void show()
    {
        System.out.println("=====show time======");
        System.out.println(toString());
    }
}

然后我们需要创建抽象的建造者，因为装修都是有一定流程控制的，但是每个设计师的装修风格不一样。

package com.lance.decoration.builder;

import com.lance.decoration.product.Parlour;

public abstract class Decorator {
    //创建产品对象
    protected Parlour product = new Parlour();

    public abstract void buildWall();

    public abstract void buildTV();

    public abstract void buildSofa();

    //返回产品对象
    public Parlour getResult() {
        return product;
    }
}

接着我们就可以有请我们的设计是做客厅的具体设计了。

1-号技师

package com.lance.decoration.builder;

public class ConcreteDecorator1 extends Decorator {
    @Override
    public void buildWall() {
        product.setWall("wall-1");
    }

    @Override
    public void buildTV() {
        product.setTelevison("TV-1");
    }

    @Override
    public void buildSofa() {
        product.setSofa("sofa-1");
    }
}

2-号技师

package com.lance.decoration.builder;

public class ConcreteDecorator2 extends Decorator {
    @Override
    public void buildWall() {
        product.setWall("wall-2");
    }

    @Override
    public void buildTV() {
        product.setTelevison("TV-2");
    }

    @Override
    public void buildSofa() {
        product.setSofa("sofa-2");
    }
}

和做项目一样开发人员找齐后，并且知道做什么后，我们需要一个项目经理做流程管理。这时候有请我们的项目经理。

package com.lance.decoration.director;

import com.lance.decoration.builder.Decorator;
import com.lance.decoration.product.Parlour;

public class ProjectManager {

    private Decorator builder;

    public ProjectManager(Decorator builder) {
        this.builder = builder;
    }

    //产品构建与组装方法
    public Parlour decorate() {
        builder.buildWall();
        builder.buildTV();
        builder.buildSofa();
        return builder.getResult();
    }
}

项目经理不用管具体的代码怎么写。只需要告诉对应的开发人员先做什么再做什么，获得最后的项目结果即可。

最后客户端完成调用.

package com.lance.decoration;

import com.lance.decoration.builder.ConcreteDecorator1;
import com.lance.decoration.builder.Decorator;
import com.lance.decoration.director.ProjectManager;
import com.lance.decoration.product.Parlour;

public class Program {
    public static void main(String[] args) {

        Decorator builder = new ConcreteDecorator1();
        ProjectManager director = new ProjectManager(builder);
        Parlour product = director.decorate();
        product.show();

    }
}

建造者模式应用分析

建造者模式分析

抽象建造者类中定义了产品的创建方法和返回方法。

建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director，该类的作用主要有两个：一方面它隔离了客户与生产过程；另一方面它负责控制产品的生成过程。指挥者针对抽象建造者编程，客户端只需要知道具体建造者的类型，即可通过指挥者类调用建造者的相关方法，返回一个完整的产品对象

在客户端代码中，无须关心产品对象的具体组装过程，只需确定具体建造者的类型即可，建造者模式将复杂对象的构建与对象的表现分离开来，这样使得同样的构建过程可以创建出不同的表现。

建造者模式优点

  1. 在建造者模式中， 客户端不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
  2. 每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者， 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象 。
  3. 可以更加精细地控制产品的创建过程 。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。
  4. 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合“开闭原则”。

建造者模式缺点

  1. 建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
  2. 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大。

适用环境

在以下情况下可以使用建造者模式：

建造者模式应用

在很多游戏软件中，地图包括天空、地面、背景等组成部分，人物角色包括人体、服装、装备等组成部分，可以使用建造者模式对其进行设计，通过不同的具体建造者创建不同类型的地图或人物。

建造者模式扩展

建造者模式的简化:

Builder角色扮演指挥者与建造者双重角色。

建造者模式与抽象工厂模式的比较:

总结

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