重識設計模式-建造者模式（Builder Pattern）

時間 2019-11-07

標籤設計模式建造者 builder pattern 简体版

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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，使得一樣的構建過程能夠建立不一樣的表示。建造者模式是一種對象建立型模式。程序員

建造者模式將客戶端與包含多個組成部分（或部件）的複雜對象的建立過程分離，客戶端無須知道複雜對象的內部組成部分與裝配方式，只須要知道所需建造者的類型便可。它關注如何一步一步建立一個的複雜對象，不一樣的具體建造者定義了不一樣的建立過程，且具體建造者相互獨立，增長新的建造者很是方便，無須修改已有代碼，系統具備較好的擴展性。算法

建造者模式主要解決在軟件系統中，有時候面臨着"一個複雜對象"的建立工做，其一般由各個部分的子對象用必定的算法構成；因爲需求的變化，這個複雜對象的各個部分常常面臨着劇烈的變化，可是將它們組合在一塊兒的算法卻相對穩定。是在一些基本部件不會變，而其組合常常變化的時候使用。編程

角色

建造者模式一步一步建立一個複雜的對象，它容許用戶只經過指定複雜對象的類型和內容就能夠構建它們，用戶不須要知道內部的具體構建細節。建造者模式結構如圖所示：bash

在建造者模式結構圖中包含以下幾個角色：
●Builder（抽象建造者）： 它爲建立一個產品Product對象的各個部件指定抽象接口，在該接口中通常聲明兩類方法，一類方法是buildPartX()，它們用於建立複雜對象的各個部件；另外一類方法是getResult()，它們用於返回複雜對象。Builder既能夠是抽象類，也能夠是接口。微信

●ConcreteBuilder（具體建造者）： 它實現了Builder接口，實現各個部件的具體構造和裝配方法，定義並明確它所建立的複雜對象，也能夠提供一個方法返回建立好的複雜產品對象。網絡

●Product（產品角色）： 它是被構建的複雜對象，包含多個組成部件，具體建造者建立該產品的內部表示並定義它的裝配過程。函數

●Director（指揮者）： 指揮者又稱爲導演類，它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，能夠在其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。客戶端通常只須要與指揮者進行交互，在客戶端肯定具體建造者的類型，並實例化具體建造者對象（也能夠經過配置文件和反射機制），而後經過指揮者類的構造函數或者Setter方法將該對象傳入指揮者類中。工具

在建造者模式的定義中提到了複雜對象，那麼什麼是複雜對象？簡單來講，複雜對象是指那些包含多個成員屬性的對象，這些成員屬性也稱爲部件或零件，如汽車包括方向盤、發動機、輪胎等部件，電子郵件包括髮件人、收件人、主題、內容、附件等部件，一個典型的複雜對象類代碼示例以下：學習

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 */
public class Product {
    private String partA; //定義部件，部件能夠是任意類型，包括值類型和引用
    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
}
複製代碼

在抽象建造者類中定義了產品的建立方法和返回方法，其典型代碼以下：

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 */
public abstract class Builder {
    //建立產品對象
    protected Product product = new Product();

    public abstract void buildPartA();

    public abstract void buildPartB();

    public abstract void buildPartC();

    //返回產品對象
    public Product getResult() {
        return product;
    }
}
複製代碼

在抽象類Builder中聲明瞭一系列抽象的buildPartX()方法用於建立複雜產品的各個部件，具體建造過程在ConcreteBuilder中實現，此外還提供了工廠方法getResult()，用於返回一個建造好的完整產品。

在ConcreteBuilder中實現了buildPartX()方法，經過調用Product的setPartX()方法能夠給產品對象的成員屬性設值。不一樣的具體建造者在實現buildPartX()方法時將有所區別，如setPartX()方法的參數可能不同，在有些具體建造者類中某些setPartX()方法無須實現（提供一個空實現）。而這些對於客戶端來講都無須關心，客戶端只需知道具體建造者類型便可。

在建造者模式的結構中還引入了一個指揮者類Director，該類主要有兩個做用：一方面它隔離了客戶與建立過程；另外一方面它控制產品的建立過程，包括某個buildPartX()方法是否被調用以及多個buildPartX()方法調用的前後次序等。指揮者針對抽象建造者編程，客戶端只須要知道具體建造者的類型，便可經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。在實際生活中也存在相似指揮者同樣的角色，如一個客戶去購買電腦，電腦銷售人員至關於指揮者，只要客戶肯定電腦的類型，電腦銷售人員能夠通知電腦組裝人員給客戶組裝一臺電腦。指揮者類的代碼示例以下：

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 * 指揮者類 */
public class Director {
    private Builder builder;

    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }

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

    //產品構建與組裝方法
    public Product construct() {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}
複製代碼

在指揮者類中能夠注入一個抽象建造者類型的對象，其核心在於提供了一個建造方法construct()，在該方法中調用了builder對象的構造部件的方法，最後返回一個產品對象。

對於客戶端而言，只需關心具體的建造者便可，通常狀況下，客戶端類代碼片斷以下所示：

……
Builder builder = new ConcreteBuilder(); //可經過配置文件實現
Director director = new Director(builder);
Product product = director.construct();
……
複製代碼

能夠經過配置文件來存儲具體建造者類ConcreteBuilder的類名，使得更換新的建造者時無須修改源代碼，系統擴展更爲方便。在客戶端代碼中，無須關心產品對象的具體組裝過程，只需指定具體建造者的類型便可。

建造者模式與抽象工廠模式有點類似，可是建造者模式返回一個完整的複雜產品，而抽象工廠模式返回一系列相關的產品；在抽象工廠模式中，客戶端經過選擇具體工廠來生成所需對象，而在建造者模式中，客戶端經過指定具體建造者類型並指導Director類如何去生成對象，側重於一步步構造一個複雜對象，而後將結果返回。若是將抽象工廠模式當作一個汽車配件生產廠，生成不一樣類型的汽車配件，那麼建造者模式就是一個汽車組裝廠，經過對配件進行組裝返回一輛完整的汽車。

案例回放

Sunny軟件公司遊戲開發小組決定開發一款名爲《Sunny羣俠傳》的網絡遊戲，該遊戲採用主流的RPG(Role Playing Game,角色扮演遊戲)模式，玩家能夠在遊戲中扮演虛擬世界中的一個特定角色，角色根據不一樣的遊戲情節和統計數據（如力量、魔法、技能等）具備不一樣的能力，角色也會隨着不斷升級而擁有更增強大的能力。

做爲RPG遊戲的一個重要組成部分，須要對遊戲角色進行設計，並且隨着該遊戲的升級將不斷增長新的角色。不一樣類型的遊戲角色，其性別、臉型、服裝、髮型等外部特性都有所差別，例如「天使」擁有美麗的面容和披肩的長髮，並身穿一襲白裙；而「惡魔」極其醜陋，留着光頭並穿一件刺眼的黑衣。Sunny公司決定開發一個小工具來建立遊戲角色，能夠建立不一樣類型的角色並能夠靈活增長新的角色。

Sunny公司的開發人員經過分析發現，遊戲角色是一個複雜對象，它包含性別、臉型等多個組成部分，不一樣的遊戲角色其組成部分有所差別，如圖所示：

不管是何種造型的遊戲角色，它的建立步驟都大同小異，都須要逐步建立其組成部分，再將各組成部分裝配成一個完整的遊戲角色。如何一步步建立一個包含多個組成部分的複雜對象，建造者模式爲解決此類問題而誕生。

Sunny公司開發人員決定使用建造者模式來實現遊戲角色的建立，其基本結構如圖所示：

在上圖中，ActorController充當指揮者，ActorBuilder充當抽象建造者，HeroBuilder、AngelBuilder和DevilBuilder充當具體建造者，Actor充當複雜產品。完整代碼以下所示：

Actor.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 * Actor角色類：複雜產品，考慮到代碼的可讀性，只列出部分紅員屬性，且成員屬性的類型均 * 爲String，真實狀況下，有些成員屬性的類型需自定義 */
public class Actor {
    private String type; //角色類型
    private String sex; //性別

    private String face; //臉型
    private String costume; //服裝
    private String hairstyle; //髮型

    public void setType(String type) {
        this.type = type;
    }

    public void setSex(String sex) {
        this.sex = sex;
    }

    public void setFace(String face) {
        this.face = face;
    }

    public void setCostume(String costume) {
        this.costume = costume;
    }

    public void setHairstyle(String hairstyle) {
        this.hairstyle = hairstyle;
    }

    public String getType() {
        return (this.type);
    }

    public String getSex() {
        return (this.sex);
    }

    public String getFace() {
        return (this.face);
    }

    public String getCostume() {
        return (this.costume);
    }

    public String getHairstyle() {
        return (this.hairstyle);
    }
}
複製代碼

HeroBuilder.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 * 英雄角色建造器：具體建造者 */
public class HeroBuilder extends ActorBuilder {
    public void buildType() {
        actor.setType("英雄");
    }

    public void buildSex() {
        actor.setSex("男");
    }

    public void buildFace() {
        actor.setFace("英俊");
    }

    public void buildCostume() {
        actor.setCostume("盔甲");
    }

    public void buildHairstyle() {
        actor.setHairstyle("飄逸");
    }
}
複製代碼

AngelBuilder.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 * 天使角色建造器：具體建造者 */
public class AngelBuilder extends ActorBuilder {
    public void buildType() {
        actor.setType("天使");
    }

    public void buildSex() {
        actor.setSex("女");
    }

    public void buildFace() {
        actor.setFace("漂亮");
    }

    public void buildCostume() {
        actor.setCostume("白裙");
    }

    public void buildHairstyle() {
        actor.setHairstyle("披肩長髮");
    }
}
複製代碼

DevilBuilder.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 * 惡魔角色建造器：具體建造者 */
public class DevilBuilder extends ActorBuilder {
    public void buildType() {
        actor.setType("惡魔");
    }

    public void buildSex() {
        actor.setSex("妖");
    }

    public void buildFace() {
        actor.setFace("醜陋");
    }

    public void buildCostume() {
        actor.setCostume("黑衣");
    }

    public void buildHairstyle() {
        actor.setHairstyle("光頭");
    }
}
複製代碼

指揮者類ActorController定義了construct()方法，該方法擁有一個抽象建造者ActorBuilder類型的參數，在該方法內部實現了遊戲角色對象的逐步構建，代碼以下所示：

ActorController.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 * 遊戲角色建立控制器：指揮者 */
public class ActorController {
    //逐步構建複雜產品對象
    public Actor construct(ActorBuilder ab) {
        Actor actor;
        ab.buildType();
        ab.buildSex();
        ab.buildFace();
        ab.buildCostume();
        ab.buildHairstyle();
        actor = ab.createActor();
        return actor;
    }
}
複製代碼

編寫以下客戶端測試代碼：

Client.java

/** * Created by Coding小僧 on 2019/3/17 * * @since 1.0 * 客戶端測試代碼 */
public class Client {
    public static void main(String args[]) {
        //針對抽象建造者編程
        ActorBuilder angelBuilder = new AngelBuilder();
        // ActorBuilder heroBuilder = new HeroBuilder();
        // ActorBuilder devilBuilder = new DevilBuilder();
        
        ActorController actorController = new ActorController();

        //經過指揮者建立完整的建造者對象
        Actor actor = actorController.construct(angelBuilder);
        System.out.println(actor.getType() + "的外觀：");
        System.out.println("性別：" + actor.getSex());
        System.out.println("面容：" + actor.getFace());
        System.out.println("服裝：" + actor.getCostume());
        System.out.println("髮型：" + actor.getHairstyle());
    }
}
複製代碼

編譯並運行程序，輸出結果以下：

天使的外觀：
性別：女
面容：漂亮
服裝：白裙
髮型：披肩長髮
複製代碼

在建造者模式中，客戶端只需實例化指揮者類，指揮者類針對抽象建造者編程，客戶端根據須要傳入具體的建造者類型，指揮者將指導具體建造者一步一步構造一個完整的產品（逐步調用具體建造者的buildX()方法），相同的構造過程能夠建立徹底不一樣的產品。在遊戲角色實例中，若是須要更換角色，只須要修改配置文件，更換具體角色建造者類便可；若是須要增長新角色，能夠增長一個新的具體角色建造者類做爲抽象角色建造者的子類，再修改配置文件便可，原有代碼無須修改，徹底符合「開閉原則」。