23種設計模式之——建造者模式

建造者模式

前言：一個被轉型的後端程序員的自救。。。

什麼是建造者模式？

模式動機：無論是在現實世界中還是在軟件系統中，都存在一些複雜的對象，它們擁有多個組成部分，如汽車，它包括車輪、方向盤、發送機等各種部件。而對於大多數用戶而言，無須知道這些部件的裝配細節，也幾乎不會使用單獨某個部件，而是使用一輛完整的汽車，可以通過建造者模式對其進行設計與描述，**建造者模式可以將部件和其組裝過程分開，一步一步創建一個複雜的對象。**用戶只需要指定複雜對象的類型就可以得到該對象，而無須知道其內部的具體構造細節。

模式動機

模式動機解析

軟件開發中，也存在大量類似汽車一樣的複雜對象，**它們擁有一系列成員屬性，這些成員屬性中有些是引用類型的成員對象。**而且在這些複雜對象中，還可能存在一些限制條件，如某些屬性沒有賦值則複雜對象不能作爲一個完整的產品使用；有些屬性的賦值必須按照某個順序，一個屬性沒有賦值之前，另一個屬性可能無法賦值等。
**複雜對象相當於一輛有待建造的汽車，而對象的屬性相當於汽車的部件，**建造產品的過程就相當於組合部件的過程。由於組合部件的過程很複雜，因此，這些部件的組合過程往往被“外部化”到一個稱作建造者的對象裏，建造者返還給客戶端的是一個已經建造完畢的完整產品對象，而用戶無須關心該對象所包含的屬性以及它們的組裝方式，這就是建造者模式的模式動機。

模式定義

建造者模式(Builder Pattern)：將一個複雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。
建造者模式是一步一步創建一個複雜的對象，它允許用戶只通過指定複雜對象的類型和內容就可以構建它們，用戶不需要知道內部的具體構建細節。建造者模式屬於對象創建型模式。根據中文翻譯的不同，建造者模式又可以稱爲生成器模式。

模式結構圖

建造者模式包含如下角色

Buider: 抽象建造者
ConcreteBuilder: 具體建造者
Director：指揮者
Product: 產品角色

模式分析

一個典型的複雜對象其類代碼示例如下：

public class Product 
{
	private String partA; //可以是任意類型
	private String partB;
	private String partC;
	//partA的Getter方法和Setter方法省略
	//partB的Getter方法和Setter方法省略
	//partC的Getter方法和Setter方法省略
}

抽象建造者類中定義了產品的創建方法和返回方法，其典型代碼如下：

public abstract class Builder
{
	protected Product product=new Product();
	
	public abstract void buildPartA();
	public abstract void buildPartB();
	public abstract void buildPartC();
	
	public Product getResult()
	{
		return product;
	}
}

建造者模式的結構中還引入了一個指揮者類Director，該類的作用主要有兩個：一方面它隔離了客戶與生產過程；另一方面它負責控制產品的生成過程。指揮者針對抽象建造者編程，客戶端只需要知道具體建造者的類型，即可通過指揮者類調用建造者的相關方法，返回一個完整的產品對象。

指揮者類的代碼示例如下：

public class Director
{
	private Builder builder;
	
	public Director(Builder builder)
	{
		this.builder=builder; // 構造函數傳入一個具體的構建者實現類
	}
	
	public void setBuilder(Builder builder)
	{
		this.builder=builer;
	}
	
	public Product construct()
	{
		builder.buildPartA();
		builder.buildPartB();
		builder.buildPartC();
		return builder.getResult();
	}
}

客戶端類代碼片段

……
Builder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director(builder);
Product product = director.construct();
……

在客戶端代碼中，無須關心產品對象的具體組裝過程，只需確定具體建造者的類型即可，建造者模式將複雜對象的構建與對象的表現分離開來，這樣使得同樣的構建過程可以創建出不同的表現

建造者模式實例與解析

實例：KFC套餐；

建造者模式可以用於描述KFC如何創建套餐：套餐是一個複雜對象，它一般包含主食（如漢堡、雞肉卷等）和飲料（如果汁、可樂等）等組成部分，不同的套餐有不同的組成部分，而KFC的服務員可以根據顧客的要求，一步一步裝配這些組成部分，構造一份完整的套餐，然後返回給顧客。

模式結構圖

示例代碼：

public class KFCWaiter
{
	private MealBuilder mb;
	public void setMealBuilder(MealBuilder mb)
	{
		this.mb=mb;
	}
	public Meal construct()
	{
		mb.buildFood();
		mb.buildDrink();
		return mb.getMeal();
	}
}
public class Meal
{
	//food和drink是部件
	private String food;
	private String drink;
	
	public void setFood(String food) {
		this.food = food; 
	}

	public void setDrink(String drink) {
		this.drink = drink; 
	}

	public String getFood() {
		return (this.food); 
	}

	public String getDrink() {
		return (this.drink); 
	}
}
public abstract class MealBuilder
{
	protected Meal meal=new Meal();
	public abstract void buildFood();
	public abstract void buildDrink();
	public Meal getMeal()
	{
		return meal;
	}
}
public class SubMealBuilderA extends MealBuilder
{
	public void buildFood()
	{
		meal.setFood("一個雞腿堡");
	}
	public void buildDrink()
	{
	    meal.setDrink("一杯可樂");
	}
}
public class SubMealBuilderB extends MealBuilder
{
	public void buildFood()
	{
		meal.setFood("一個雞肉卷");
	}
	public void buildDrink()
	{
		 meal.setDrink("一杯果汁");
	}
}

config.xml

<?xml version="1.0"?>
<config>
    <className>SubMealBuilderB</className>
</config>

XMLUtil類

import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import org.xml.sax.SAXException;
import java.io.*;
public class XMLUtil
{
//該方法用於從XML配置文件中提取具體類類名，並返回一個實例對象
	public static Object getBean()
	{
		try
		{
			//創建文檔對象
			DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
			DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
			Document doc;							
			doc = builder.parse(new File("config.xml")); 
		
			//獲取包含類名的文本節點
			NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
            String cName=classNode.getNodeValue();
            
            //通過類名生成實例對象並將其返回
            Class c=Class.forName(cName);
	  	    Object obj=c.newInstance();
            return obj;
           }   
           	catch(Exception e)
           	{
           		e.printStackTrace();
           		return null;
           	}
		}
}

客戶端類

public class Client
{
	public static void main(String args[])
	{
		//動態確定套餐種類
	    MealBuilder mb=(MealBuilder)XMLUtil.getBean();
		//服務員是指揮者
		KFCWaiter waiter=new KFCWaiter();
	    //服務員準備套餐
	    waiter.setMealBuilder(mb);
	    //客戶獲得套餐
	    Meal meal=waiter.construct();
        
        System.out.println("套餐組成：");
        System.out.println(meal.getFood());
        System.out.println(meal.getDrink());
	}
}

建造者模式優缺點

優點：

在建造者模式中，客戶端不必知道產品內部組成的細節，將產品本身與產品的創建過程解耦，使得相同的創建過程可以創建不同的產品對象
每一個具體建造者都相對獨立，而與其他的具體建造者無關，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者，用戶使用不同的具體建造者即可得到不同的產品對象。
可以更加精細地控制產品的創建過程。將複雜產品的創建步驟分解在不同的方法中，使得創建過程更加清晰，也更方便使用程序來控制創建過程。
增加新的具體建造者無須修改原有類庫的代碼，指揮者類針對抽象建造者類編程，系統擴展方便，符合“開閉原則”。

缺點：

建造者模式所創建的產品一般具有較多的共同點，其組成部分相似，如果產品之間的差異性很大，則不適合使用建造者模式，因此其使用範圍受到一定的限制。
如果產品的內部變化複雜，可能會導致需要定義很多具體建造者類來實現這種變化，導致系統變得很龐大。

抽象工廠和工廠方法的模式基本一樣，區別在於，工廠方法是生產一個具體的產品，而抽象工廠可以用來生產一組相同，有相對關係的產品；重點在於一組，一批，一系列；舉個例子，假如生產小米手機（一不小心就給小米打了個廣告~），小米手機有很多系列，小米note、紅米note等；假如小米note生產需要的配件有825的處理器，6英寸屏幕，而紅米只需要650的處理器和5寸的屏幕就可以了；用抽象工廠來實現：

建造者模式適用環境

在以下情況下可以使用建造者模式：

需要生成的產品對象有複雜的內部結構，這些產品對象通常包含多個成員屬性。
需要生成的產品對象的屬性相互依賴，需要指定其生成順序
對象的創建過程獨立於創建該對象的類。在建造者模式中引入了指揮者類，將創建過程封裝在指揮者類中，而不在建造者類中。
隔離複雜對象的創建和使用，並使得相同的創建過程可以創建不同的產品。

模式應用

JavaMail（一步一步構造一個完整的郵件對象，然後發送）

...
//由郵件會話對象新建一個郵件消息對象
MimeMessage message=new MimeMessage(session); 
//設置郵件地址
InternetAddress from=new InternetAddress("[email protected]");
message.setFrom(from);//設置發件人
InternetAddress to=new InternetAddress(to_mail);
message.setRecipient(Message.RecipientType.TO,to);//設置收件人，並設置其接收類型爲TO
message.setSubject(to_title);//設置主題
message.setText(to_content);//設置信件內容
message.setSentDate(new Date());//設置發信時間
message.saveChanges();//存儲郵件信息
Transport transport=session.getTransport("smtp");
transport.connect("smtp.test.com","test","test");
transport.sendMessage(message,message.getAllRecipients());

在很多遊戲軟件中，地圖包括天空、地面、背景等組成部分，人物角色包括人體、服裝、裝備等組成部分，可以使用建造者模式對其進行設計，通過不同的具體建造者創建不同類型的地圖或人物。

簡化模式

建造者模式的簡化：

省略抽象建造者角色：如果系統中只需要一個具體建造者的話，可以省略掉抽象建造者。
省略指揮者角色：在具體建造者只有一個的情況下，如果抽象建造者角色已經被省略掉，那麼還可以省略指揮者角色，讓Builder角色扮演指揮者與建造者雙重角色。

模式比較

建造者模式與抽象工廠模式的比較：

與抽象工廠模式相比，建造者模式返回一個組裝好的完整產品，而抽象工廠模式返回一系列相關的產品，這些產品位於不同的產品等級結構，構成了一個產品族。
在抽象工廠模式中，客戶端實例化工廠類，然後調用工廠方法獲取所需產品對象，而在建造者模式中，客戶端可以不直接調用建造者的相關方法，而是通過指揮者類來指導如何生成對象，包括對象的組裝過程和建造步驟，它側重於一步步構造一個複雜對象，返回一個完整的對象。
如果將抽象工廠模式看成汽車配件生產工廠，生產一個產品族的產品，那麼建造者模式就是一個汽車組裝工廠，通過對部件的組裝可以返回一輛完整的汽車。

總結

1、建造者模式將一個複雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。建造者模式是一步一步創建一個複雜的對象，它允許用戶只通過指定複雜對象的類型和內容就可以構建它們，用戶不需要知道內部的具體構建細節。建造者模式屬於對象創建型模式。
2、建造者模式包含如下四個角色：抽象建造者爲創建一個產品對象的各個部件指定抽象接口；具體建造者實現了抽象建造者接口，實現各個部件的構造和裝配方法，定義並明確它所創建的複雜對象，也可以提供一個方法返回創建好的複雜產品對象；產品角色是被構建的複雜對象，包含多個組成部件；指揮者負責安排複雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關聯關係，可以在其construct()建造方法中調用建造者對象的部件構造與裝配方法，完成複雜對象的建造。

23種設計模式之——建造者模式

建造者模式

什麼是建造者模式？

模式動機

模式動機解析

模式定義

模式結構圖

模式分析

建造者模式實例與解析

模式結構圖

建造者模式優缺點

建造者模式適用環境

模式應用

簡化模式

模式比較

總結

使用IDEA快速搭建Springboot項目（Springboot+JPA）（統一異常處理+HTTP請求日誌處理）

SpringCloud入門（eureka集羣和feign負載均衡）

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