【Java设计模式】建造者模式

✍ 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。

✍ 建造者模式的定义如下：

• 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

✍ 建造者模式在使用的时候包含如下角色：

• Builder：抽象建造者，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()。
• ConcreteBuilder：具体建造者，实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
• Director：指挥者，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。
• Product：产品角色，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部件。

我们来演示一下：

创建一个cake类（Product：产品角色）

package softwareDesign.builder;

public class Cake {
    private String name;  //蛋糕名称
    private String giftBox;  //蛋糕配套礼盒
    private String taste;  //蛋糕味道
    private String poster;  //蛋糕海报

    //评价
    private String evaluation;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getGiftBox() {
        return giftBox;
    }

    public String getTaste() {
        return taste;
    }

    public String getPoster() {
        return poster;
    }

    public String getEvaluation() {
        return evaluation;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setGiftBox(String giftBox) {
        this.giftBox = giftBox;
    }

    public void setTaste(String taste) {
        this.taste = taste;
    }

    public void setPoster(String poster) {
        this.poster = poster;
    }

    public void setEvaluation(String evaluation) {
        this.evaluation = evaluation;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Cake{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", giftBox='" + giftBox + '\'' +
                ", taste='" + taste + '\'' +
                ", poster='" + poster + '\'' +
                ", evaluation='" + evaluation + '\'' +
                '}';
    }
}

创建一个建造的抽象类 （ Builder：抽象建造者）

package softwareDesign.builder;

public abstract class CakeBuilder {
    public abstract void buildCakeName(String cakeName);
    public abstract void buildCakeGiftBox(String cakeGiftBox);
    public abstract void buildCakeTaste(String cakeTaste);
    public abstract void buildCakePoster(String cakePoster);
    public abstract void buildCakeEvaluation(String cakeEvaluation);
    //制作蛋糕
    public abstract Cake makeCake();
}

创建一个建造的实现类（ConcreteBuilder：具体建造者）

package softwareDesign.builder;

public class CakeActualBuilder extends CakeBuilder{
    private Cake cake = new Cake();

    @Override
    public void buildCakeName(String cakeName) {
        cake.setName(cakeName);
    }

    @Override
    public void buildCakeGiftBox(String cakeGiftBox) {
        cake.setGiftBox(cakeGiftBox);
    }

    @Override
    public void buildCakeTaste(String cakeTaste) {
        cake.setTaste(cakeTaste);
    }

    @Override
    public void buildCakePoster(String cakePoster) {
        cake.setPoster(cakePoster);
    }

    @Override
    public void buildCakeEvaluation(String cakeEvaluation) {
        cake.setEvaluation(cakeEvaluation);
    }

    @Override
    public Cake makeCake() {
        return cake;
    }
}

创建一个生产者（ Director：指挥者）

package softwareDesign.builder;

public class Employee {
    private CakeBuilder cakeBuilder;

    public void setCakeBuilder(CakeBuilder cakeBuilder) {
        this.cakeBuilder = cakeBuilder;
    }

    public Cake makeCake(String cakeName, String cakeGiftBox, String cakeTaste, String cakePoster, String cakeEvaluation) {
        this.cakeBuilder.buildCakeEvaluation(cakeEvaluation);
        this.cakeBuilder.buildCakeName(cakeName);
        this.cakeBuilder.buildCakeGiftBox(cakeGiftBox);
        this.cakeBuilder.buildCakeTaste(cakeTaste);
        this.cakeBuilder.buildCakePoster(cakePoster);
        return this.cakeBuilder.makeCake();
    }
}

看一下它的类图

添加Test.java

package softwareDesign.builder;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        CakeBuilder cakeBuilder = new CakeActualBuilder();
        Employee employee = new Employee();
        employee.setCakeBuilder(cakeBuilder);
        Cake cake = employee.makeCake("巧克力蛋糕","巧克力蛋糕礼盒"
        ,"甜","巧克力蛋糕海报","好");
        System.out.println(cake);
    }
}

我们看一下类图:

根据蛋糕的不同 我们可以给Employee传入不同的信息

但是Employee并不是必须的
下面进行下一个版本:

---

演进版本具有很大的优势 而且应用广泛
Cake类中含有建造方法

package softwareDesign.builder;

public class Cake {
    private String name;  //蛋糕名称
    private String giftBox;  //蛋糕配套礼盒
    private String taste;  //蛋糕味道
    private String poster;  //蛋糕海报

    //评价
    private String evaluation;

    //添加的内容
    //这里通过过早期将cakeBuilder传进来 这里的this指的是cake
    public Cake(CakeBuilder cakeBuilder) {
        this.name = cakeBuilder.name;
        this.giftBox = cakeBuilder.giftBox;
        this.poster = cakeBuilder.poster;
        this.evaluation = cakeBuilder.evaluation;
        this.taste = cakeBuilder.taste;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Cake{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", giftBox='" + giftBox + '\'' +
                ", taste='" + taste + '\'' +
                ", poster='" + poster + '\'' +
                ", evaluation='" + evaluation + '\'' +
                '}';
    }


    //添加静态内部类
    public static class CakeBuilder {
        private String name;  //蛋糕名称
        private String giftBox;  //蛋糕配套礼盒
        private String taste;  //蛋糕味道
        private String poster;  //蛋糕海报

        //评价
        private String evaluation;

        public CakeBuilder builderCakeName(String cakeName) {
            this.name = cakeName;
            return this;  //返回的是本身
        }

        public CakeBuilder builderCakePoster(String cakePoster) {
            this.poster = cakePoster;
            return this;
        }
        public CakeBuilder builderCakeGiftBox(String cakeGiftBox) {
            this.giftBox= cakeGiftBox;
            return this;
        }
        public CakeBuilder builderCakeTaste(String cakeTaste) {
            this.taste = cakeTaste;
            return this;
        }
        public CakeBuilder builderCakeEvaluation(String cakeEvaluation) {
            this.evaluation = cakeEvaluation;
            return this;
        }

        public Cake build(){
            return new Cake(this);
        }

    }
}

测试

package softwareDesign.builder;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Cake cake = new Cake.CakeBuilder()
                .builderCakeName("巧克力蛋糕")
                .builderCakeEvaluation("好")
                .builderCakeTaste("甜")
                .builderCakePoster("巧克力蛋糕海报")
                .builderCakeGiftBox("巧克力蛋糕礼盒").build();
        System.out.println(cake);
    }
}

结果;

UML类图:

Tes与CakeBuilder有着直接的关系 和Cake是间接的
这种演进版本的建造者模式 用途非常广泛 一定要好好掌握

这里我想提一下建造者模式的结构中引入的一个指挥者类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。

✍ 说一下它的优缺点吧
建造者模式的优点

• 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”。

建造者模式的缺点如下：

• 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。

✍ 它的适用场景很好理解：
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。

✍ 它的应用有JavaMail （一步一步构造一个完整的邮件对象，然后发送）；还有在很多游戏软件中，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 。

✍ 建造者模式可以进行简化

• 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。

✍ 上一篇文章，我们介绍了抽象工厂,趁热打铁，比较一下建造者模式与抽象工厂模式

• 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。