建造者模式
前言：一个被转型的后端程序员的自救。。。
什么是建造者模式？
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、发送机等各种部件。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。
模式动机
模式动机解析
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。
模式结构图
建造者模式包含如下角色
- Buider: 抽象建造者
- ConcreteBuilder: 具体建造者
- Director： 指挥者
- Product: 产品角色
模式分析
一个典型的复杂对象其类代码示例如下：
public class Product
{
private String partA; //可以是任意类型
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
}
抽象建造者类中定义了产品的创建方法和返回方法，其典型代码如下：
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。
指挥者类的代码示例如下：
public class Director
{
private Builder builder;
public Director(Builder builder)
{
this.builder=builder; // 构造函数传入一个具体的构建者实现类
}
public void setBuilder(Builder builder)
{
this.builder=builer;
}
public Product construct()
{
builder.buildPartA();
builder.buildPartB();
builder.buildPartC();
return builder.getResult();
}
}
客户端类代码片段
……
Builder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director(builder);
Product product = director.construct();
……
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
建造者模式实例与解析
实例：KFC套餐 ；
建造者模式可以用于描述KFC如何创建套餐：套餐是一个复杂对象，它一般包含主食（如汉堡、鸡肉卷等）和饮料（如果汁、可乐等）等组成部分，不同的套餐有不同的组成部分，而KFC的服务员可以根据顾客的要求，一步一步装配这些组成部分，构造一份完整的套餐，然后返回给顾客。
模式结构图
示例代码：
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("一个鸡腿堡");
}
public void buildDrink()
{
meal.setDrink("一杯可乐");
}
}
public class SubMealBuilderB extends MealBuilder
{
public void buildFood()
{
meal.setFood("一个鸡肉卷");
}
public void buildDrink()
{
meal.setDrink("一杯果汁");
}
}
config.xml
<?xml version="1.0"?>
<config>
<className>SubMealBuilderB</className>
</config>
XMLUtil类
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import org.xml.sax.SAXException;
import java.io.*;
public class XMLUtil
{
//该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
public static Object getBean()
{
try
{
//创建文档对象
DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
Document doc;
doc = builder.parse(new File("config.xml"));
//获取包含类名的文本节点
NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
String cName=classNode.getNodeValue();
//通过类名生成实例对象并将其返回
Class c=Class.forName(cName);
Object obj=c.newInstance();
return obj;
}
catch(Exception e)
{
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}
客户端类
public class Client
{
public static void main(String args[])
{
//动态确定套餐种类
MealBuilder mb=(MealBuilder)XMLUtil.getBean();
//服务员是指挥者
KFCWaiter waiter=new KFCWaiter();
//服务员准备套餐
waiter.setMealBuilder(mb);
//客户获得套餐
Meal meal=waiter.construct();
System.out.println("套餐组成：");
System.out.println(meal.getFood());
System.out.println(meal.getDrink());
}
}
建造者模式优缺点
优点：
- 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
- 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。
- 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。
- 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”。
缺点：
- 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。
- 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。
抽象工厂和工厂方法的模式基本一样，区别在于，工厂方法是生产一个具体的产品，而抽象工厂可以用来生产一组相同，有相对关系的产品；重点在于一组，一批，一系列；举个例子，假如生产小米手机（一不小心就给小米打了个广告~），小米手机有很多系列，小米note、红米note等；假如小米note生产需要的配件有825的处理器，6英寸屏幕，而红米只需要650的处理器和5寸的屏幕就可以了；用抽象工厂来实现：
建造者模式适用环境
在以下情况下可以使用建造者模式：
- 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员属性。
- 需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序
- 对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中引入了指挥者类，将创建过程封装在指挥者类中，而不在建造者类中。
- 隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。
模式应用
-
JavaMail（一步一步构造一个完整的邮件对象，然后发送）
... //由邮件会话对象新建一个邮件消息对象 MimeMessage message=new MimeMessage(session); //设置邮件地址 InternetAddress from=new InternetAddress("[email protected]"); message.setFrom(from);//设置发件人 InternetAddress to=new InternetAddress(to_mail); message.setRecipient(Message.RecipientType.TO,to);//设置收件人，并设置其接收类型为TO message.setSubject(to_title);//设置主题 message.setText(to_content);//设置信件内容 message.setSentDate(new Date());//设置发信时间 message.saveChanges();//存储邮件信息 Transport transport=session.getTransport("smtp"); transport.connect("smtp.test.com","test","test"); transport.sendMessage(message,message.getAllRecipients()); -
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。
简化模式
建造者模式的简化：
- 省略抽象建造者角色：如果系统中只需要一个具体建造者的话，可以省略掉抽象建造者。
- 省略指挥者角色：在具体建造者只有一个的情况下，如果抽象建造者角色已经被省略掉，那么还可以省略指挥者角色，让Builder角色扮演指挥者与建造者双重角色。
模式比较
建造者模式与抽象工厂模式的比较：
- 与抽象工厂模式相比，建造者模式返回一个组装好的完整产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成了一个产品族。
- 在抽象工厂模式中，客户端实例化工厂类，然后调用工厂方法获取所需产品对象，而在建造者模式中，客户端可以不直接调用建造者的相关方法，而是通过指挥者类来指导如何生成对象，包括对象的组装过程和建造步骤，它侧重于一步步构造一个复杂对象，返回一个完整的对象。
- 如果将抽象工厂模式看成汽车配件生产工厂，生产一个产品族的产品，那么建造者模式就是一个汽车组装工厂，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。
总结
1、建造者模式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。
2、建造者模式包含如下四个角色：抽象建造者为创建一个产品对象的各个部件指定抽象接口；具体建造者实现了抽象建造者接口，实现各个部件的构造和装配方法，定义并明确它所创建的复杂对象，也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象；产品角色是被构建的复杂对象，包含多个组成部件；指挥者负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在其construct()建造方法中调用建造者对象的部件构造与装配方法，完成复杂对象的建造。