23种设计模式之——建造者模式

Dear 丶 2022-03-06 12:18 216阅读 0赞

#### 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 #####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1MjQ5MzQy_size_16_color_FFFFFF_t_70]

#### 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 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1MjQ5MzQy_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1MjQ5MzQy_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

#### 模式结构图 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM1MjQ5MzQy_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

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 ####

1.  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("sunny@test.com");
        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());
2.  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。

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