建造者模式 Bulider模式详解

发布时间：2022-10-18 23:01:00 所属栏目：语言来源：互联网

导读： 　　在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象，这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。例如，计算机是由 CPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组

　　在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象，这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。例如，计算机是由 CPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。

　　生活中这样的例子很多，如游戏中的不同角色，其性别、个性、能力、脸型、体型、服装、发型等特性都有所差异；还有汽车中的方向盘、发动机、车架、轮胎等部件也多种多样；每封电子邮件的发件人、收件人、主题、内容、附件等内容也各不相同。

　　以上所有这些产品都是由多个部件构成的，各个部件可以灵活选择，但其创建步骤都大同小异。这类产品的创建无法用前面介绍的工厂模式描述，只有建造者模式可以很好地描述该类产品的创建。
　　模式的定义与特点
　　建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。

　　该模式的主要优点如下：
　　封装性好，构建和表示分离。
　　扩展性好，各个具体的建造者相互独立，有利于系统的解耦。
　　客户端不必知道产品内部组成的细节，建造者可以对创建过程逐步细化，而不对其它模块产生任何影响，便于控制细节风险。

　　其缺点如下：
　　产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
　　如果产品的内部变化复杂，如果产品内部发生变化，则建造者也要同步修改，后期维护成本较大。

　　建造者（Builder）模式和工厂模式的关注点不同：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的创建过程，但两者可以结合使用。
　　模式的结构与实现
　　建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成，现在我们来分析其基本结构和实现方法。
　　1. 模式的结构
　　建造者（Builder）模式的主要角色如下。
　　产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个零部件。
　　抽象建造者（Builder）：它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的方法 getResult()。
　　具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
　　指挥者（Director）：它调用建造者对象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产品的信息。

　　2. 模式的实现
　　图 1 给出了建造者（Builder）模式的主要结构，其相关类的代码如下。

　　(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。
　　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
　　    }
　　}

　　(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。
　　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;
　　    }
　　}

　　(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。
　　public class ConcreteBuilder extends Builder {
　　    public void buildPartA() {
　　        product.setPartA("建造 PartA");
　　    }
　　    public void buildPartB() {
　　        product.setPartB("建造 PartB");
　　    }
　　    public void buildPartC() {
　　        product.setPartC("建造 PartC");
　　    }
　　}

　　(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。
　　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();
　　    }
　　}

　　(5) 客户类。
　　public class Client {
　　    public static void main(String[] args) {
　　        Builder builder = new ConcreteBuilder();
　　        Director director = new Director(builder);
　　        Product product = director.construct();
　　        product.show();
　　    }
　　}
　　模式的应用实例
　　【例1】用建造者（Builder）模式描述客厅装修。

　　分析：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）。客户端程序通过对象生成器类 ReadXML 读取 XML 配置文件中的装修方案数据（点此下载 XML 文件），调用项目经理进行装修。

　　程序代码如下：
　　package Builder;
　　import java.awt.*;
　　import javax.swing.*;
　　public class ParlourDecorator {
　　    public static void main(String[] args) {
　　        try {
　　            Decorator d;
　　            d = (Decorator) ReadXML.getObject();
　　            ProjectManager m = new ProjectManager(d);
　　            Parlour p = m.decorate();
　　            p.show();
　　        } catch (Exception e) {
　　            System.out.println(e.getMessage());
　　        }
　　    }
　　}
　　//产品：客厅
　　class Parlour {
　　    private String wall;    //墙
　　    private String TV;    //电视
　　    private String sofa;    //沙发
　　    public void setWall(String wall) {
　　        this.wall = wall;
　　    }
　　    public void setTV(String TV) {
　　        this.TV = TV;
　　    }
　　    public void setSofa(String sofa) {
　　        this.sofa = sofa;
　　    }
　　    public void show() {
　　        JFrame jf = new JFrame("建造者模式测试");
　　        Container contentPane = jf.getContentPane();
　　        JPanel p = new JPanel();
　　        JScrollPane sp = new JScrollPane(p);
　　        String parlour = wall + TV + sofa;
　　        JLabel l = new JLabel(new ImageIcon("src/" + parlour + ".jpg"));
　　        p.setLayout(new GridLayout(1, 1));
　　        p.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("客厅"));
　　        p.add(l);
　　        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
　　        jf.pack();
　　        jf.setVisible(true);
　　        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
　　    }
　　}
　　//抽象建造者：装修工人
　　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;
　　    }
　　}
　　//具体建造者：具体装修工人1
　　class ConcreteDecorator1 extends Decorator {
　　    public void buildWall() {
　　        product.setWall("w1");
　　    }
　　    public void buildTV() {
　　        product.setTV("TV1");
　　    }
　　    public void buildSofa() {
　　        product.setSofa("sf1");
　　    }
　　}
　　//具体建造者：具体装修工人2
　　class ConcreteDecorator2 extends Decorator {
　　    public void buildWall() {
　　        product.setWall("w2");
　　    }
　　    public void buildTV() {
　　        product.setTV("TV2");
　　    }
　　    public void buildSofa() {
　　        product.setSofa("sf2");
　　    }
　　}
　　//指挥者：项目经理
　　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();
　　    }
　　}
　　package Builder;
　　import org.w3c.dom.Document;
　　import org.w3c.dom.Node;
　　import org.w3c.dom.NodeList;
　　import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
　　import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
　　import java.io.File;
　　class ReadXML {
　　    public static Object getObject() {
　　        try {
　　            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
　　            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
　　            Document doc;
　　            doc = builder.parse(new File("src/Builder/config.xml"));
　　            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
　　            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
　　            String cName = "Builder." + classNode.getNodeValue();
　　            System.out.println("新类名：" + cName);
　　            Class<?> c = Class.forName(cName);
　　            Object obj = c.newInstance();
　　            return obj;
　　        } catch (Exception e) {
　　            e.printStackTrace();
　　            return null;
　　        }
　　    }
　　}

　　建造者模式唯一区别于工厂模式的是针对复杂对象的创建。也就是说，如果创建简单对象，通常都是使用工厂模式进行创建，而如果创建复杂对象，就可以考虑使用建造者模式。

　　当需要创建的产品具备复杂创建过程时，可以抽取出共性创建过程，然后交由具体实现类自定义创建流程，使得同样的创建行为可以生产出不同的产品，分离了创建与表示，使创建产品的灵活性大大增加。

　　建造者模式主要适用于以下应用场景：
　　相同的方法，不同的执行顺序，产生不同的结果。
　　多个部件或零件，都可以装配到一个对象中，但是产生的结果又不相同。
　　产品类非常复杂，或者产品类中不同的调用顺序产生不同的作用。
　　初始化一个对象特别复杂，参数多，而且很多参数都具有默认值。
　　建造者模式和工厂模式的区别
　　通过前面的学习，我们已经了解了建造者模式，那么它和工厂模式有什么区别呢？
　　建造者模式更加注重方法的调用顺序，工厂模式注重创建对象。
　　创建对象的力度不同，建造者模式创建复杂的对象，由各种复杂的部件组成，工厂模式创建出来的对象都一样
　　关注重点不一样，工厂模式只需要把对象创建出来就可以了，而建造者模式不仅要创建出对象，还要知道对象由哪些部件组成。
　　建造者模式根据建造过程中的顺序不一样，最终对象部件组成也不一样。
　　模式的扩展
　　建造者（Builder）模式在应用过程中可以根据需要改变，如果创建的产品种类只有一种，只需要一个具体建造者，这时可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指挥者角色。

（编辑：云计算网_宿迁站长网）

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