软件设计模式----建造者模式（Java）

建造者模式

1、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。

• 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。

2、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。

3、模式结构

4、模式角色

Builder：抽象建造者
ConcreteBuilder：具体建造者
Director：指挥者
Product：产品角色

• 一个典型的复杂对象其类代码示例如下：

package 建造者模式;
//产品角色
public class Pruduct {
    private String partA;
    private String partB;
    private String partC;

    public String getPartA() {
        return partA;
    }

    public void setPartA(String partA) {
        this.partA = partA;
    }

    public String getPartB() {
        return partB;
    }

    public void setPartB(String partB) {
        this.partB = partB;
    }

    public String getPartC() {
        return partC;
    }

    public void setPartC(String partC) {
        this.partC = partC;
    }
}

• 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：

package 建造者模式;
// 抽象建造者
public abstract class Builder {
    protected  Pruduct pruduct = new Pruduct();

    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract void buildPartC();

    public Pruduct getResult(){
        return pruduct;
    }
}

package 建造者模式;
//具体建造者
public class ConcreteBuilder extends Builder {
    @Override
    public void buildPartA() {
        System.out.println("A");
    }

    @Override
    public void buildPartB() {
        System.out.println("B");
    }

    @Override
    public void buildPartC() {
        System.out.println("C");
    }
}

• 指挥者类代码：

package 建造者模式;
//指挥者
public class Driector {
    private Builder builder;
    public Driector(Builder builder){
        this.builder = builder;
    }

    public void setBuilder(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public Pruduct construct(){
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}

• 客户端代码

package 建造者模式;

public class Cilent {
    public static void main(String[] args) {
        //确定具体建造者的类型ConcreteBuilder即可
        Builder builder = new ConcreteBuilder();
        Driector driector = new Driector(builder);
        Pruduct pruduct = driector.construct();
        System.out.println(pruduct);
    }
}

• 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
• 结构展示：
  

5、模式实例与分析

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。
  
• UML图
  
• 代码实现

package 建造者模型;
//产品角色
public class Meal {
    private String food;
    private String drink;

    public String getFood() {
        return food;
    }

    public void setFood(String food) {
        this.food = food;
    }

    public String getDrink() {
        return drink;
    }

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

package 建造者模型;

//抽象建造者
public abstract class MealBuilder {
    protected Meal meal= new Meal();
    public abstract void buildFood();
    public abstract void buildDrink();

    public Meal getMeal(){
        return meal;
    }
}

package 建造者模型;
// 具体建造者
public class SubMealBuiderA extends MealBuilder {
    @Override
    public void buildFood() {
        meal.setFood("鸡腿汉堡");
    }

    @Override
    public void buildDrink() {
        meal.setDrink("冰镇可乐");
    }
}


package 建造者模型;
// 具体建造者
public class SubMealBuiderB extends MealBuilder {
    @Override
    public void buildFood() {
      meal.setFood("鸡肉卷");
    }

    @Override
    public void buildDrink() {
      meal.setDrink("雪碧");
    }
}

package 建造者模型;
//指挥者
public class KFCWaiter {
    private MealBuilder mb;

    public void setMb(MealBuilder mb) {
        this.mb = mb;
    }
    public Meal construct(){
        mb.buildFood();
        mb.buildDrink();
        return mb.getMeal();
    }
}

package 建造者模型;
import 工厂方法模式2.XMLUtil;
//客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 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.setMb(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());
    }
}

• config.xml配置：

<?xml version="1.0"?>
<config>
 <className>建造者模型.SubMealBuiderA</className>
</config>

• 结果展示：
  

6、模式的优缺点

• 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。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”。
  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。
• 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。

7、模式的使用环境

• 使用环境：
  1、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。
  2、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。
  3、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。

8、模式应用

• JavaMail
  
• 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。
• 建造者模式的简化
  1、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。
  2、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。
• 建造者模式与抽象工厂模式的比较
  1、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。
  2、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。
  3、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。