Java设计模式——建造者模式（Bulider模式）详解

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：

1. 各个具体的建造者相互独立，有利于系统的扩展。
2. 客户端不必知道产品内部组成的细节，便于控制细节风险。

其缺点如下：

1. 产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
2. 如果产品的内部变化复杂，该模式会增加很多的建造者类。

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。

1. 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滅部件。
2. 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()。
3. 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。
4. 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。

其结构图如图 1 所示。
 

图1 建造者模式的结构图

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。

1. class Product
2. {
3. private String partA;
4. private String partB;
5. private String partC;
6. public void setPartA(String partA)
7. {
8. this.partA=partA;
9. }
10. public void setPartB(String partB)
11. {
12. this.partB=partB;
13. }
14. public void setPartC(String partC)
15. {
16. this.partC=partC;
17. }
18. public void show()
19. {
20. //显示产品的特性
21. }
22. }

(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。

1. abstract class Builder
2. {
3. //创建产品对象
4. protected Product product=new Product();
5. public abstract void buildPartA();
6. public abstract void buildPartB();
7. public abstract void buildPartC();
8. //返回产品对象
9. public Product getResult()
10. {
11. return product;
12. }
13. }

(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。

1. public class ConcreteBuilder extends Builder
2. {
3. public void buildPartA()
4. {
5. product.setPartA("建造 PartA");
6. }
7. public void buildPartB()
8. {
9. product.setPartA("建造 PartB");
10. }
11. public void buildPartC()
12. {
13. product.setPartA("建造 PartC");
14. }
15. }

(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

1. class Director
2. {
3. private Builder builder;
4. public Director(Builder builder)
5. {
6. this.builder=builder;
7. }
8. //产品构建与组装方法
9. public Product construct()
10. {
11. builder.buildPartA();
12. builder.buildPartB();
13. builder.buildPartC();
14. return builder.getResult();
15. }
16. }

(5) 客户类。

1. public class Client
2. {
3. public static void main(String[] args)
4. {
5. Builder builder=new ConcreteBuilder();
6. Director director=new Director(builder);
7. Product product=director.construct();
8. product.show();
9. }
10. }

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。其类图如图 2 所示。
 

图2 客厅装修的结构图

程序代码如下：

1. package Builder;
2. import java.awt.*;
3. import javax.swing.*;
4. public class ParlourDecorator
5. {
6. public static void main(String[] args)
7. {
8. try
9. {
10. Decorator d;
11. d=(Decorator) ReadXML.getObject();
12. ProjectManager m=new ProjectManager(d);
13. Parlour p=m.decorate();
14. p.show();
15. }
16. catch(Exception e)
17. {
18. System.out.println(e.getMessage());
19. }
20. }
21. }
22. //产品：客厅
23. class Parlour
24. {
25. private String wall; //墙
26. private String TV; //电视
27. private String sofa; //沙发
28. public void setWall(String wall)
29. {
30. this.wall=wall;
31. }
32. public void setTV(String TV)
33. {
34. this.TV=TV;
35. }
36. public void setSofa(String sofa)
37. {
38. this.sofa=sofa;
39. }
40. public void show()
41. {
42. JFrame jf=new JFrame("建造者模式测试");
43. Container contentPane=jf.getContentPane();
44. JPanel p=new JPanel();
45. JScrollPane sp=new JScrollPane(p);
46. String parlour=wall+TV+sofa;
47. JLabel l=new JLabel(new ImageIcon("src/"+parlour+".jpg"));
48. p.setLayout(new GridLayout(1,1));
49. p.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("客厅"));
50. p.add(l);
51. contentPane.add(sp,BorderLayout.CENTER);
52. jf.pack();
53. jf.setVisible(true);
54. jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
55. }
56. }
57. //抽象建造者：装修工人
58. abstract class Decorator
59. {
60. //创建产品对象
61. protected Parlour product=new Parlour();
62. public abstract void buildWall();
63. public abstract void buildTV();
64. public abstract void buildSofa();
65. //返回产品对象
66. public Parlour getResult()
67. {
68. return product;
69. }
70. }
71. //具体建造者：具体装修工人1
72. class ConcreteDecorator1 extends Decorator
73. {
74. public void buildWall()
75. {
76. product.setWall("w1");
77. }
78. public void buildTV()
79. {
80. product.setTV("TV1");
81. }
82. public void buildSofa()
83. {
84. product.setSofa("sf1");
85. }
86. }
87. //具体建造者：具体装修工人2
88. class ConcreteDecorator2 extends Decorator
89. {
90. public void buildWall()
91. {
92. product.setWall("w2");
93. }
94. public void buildTV()
95. {
96. product.setTV("TV2");
97. }
98. public void buildSofa()
99. {
100. product.setSofa("sf2");
101. }
102. }
103. //指挥者：项目经理
104. class ProjectManager
105. {
106. private Decorator builder;
107. public ProjectManager(Decorator builder)
108. {
109. this.builder=builder;
110. }
111. //产品构建与组装方法
112. public Parlour decorate()
113. {
114. builder.buildWall();
115. builder.buildTV();
116. builder.buildSofa();
117. return builder.getResult();
118. }
119. }

1. package Builder;
2. import javax.xml.parsers.*;
3. import org.w3c.dom.*;
4. import java.io.*;
5. class ReadXML
6. {
7. public static Object getObject()
8. {
9. try
10. {
11. DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();
12. DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();
13. Document doc;
14. doc=builder.parse(new File("src/Builder/config.xml"));
15. NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");
16. Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
17. String cName="Builder."+classNode.getNodeValue();
18. System.out.println("新类名："+cName);
19. Class c=Class.forName(cName);
20. Object obj=c.newInstance();
21. return obj;
22. }
23. catch(Exception e)
24. {
25. e.printStackTrace();
26. return null;
27. }
28. }
29. }

程序运行结果如图 3 所示。
 

图3 客厅装修的运行结果

模式的应用场景

建造者（Builder）模式创建的是复杂对象，其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一起的算法却相对稳定，所以它通常在以下场合使用。

• 创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
• 创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

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。