2020重新出發(fā)，JAVA設(shè)計(jì)模式 之五 建造者模式

建造者模式（Bulider模式）詳解

在軟件開發(fā)過程中有時(shí)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象，這個(gè)復(fù)雜對(duì)象通常由多個(gè)子部件按一定的步驟組合而成。

  • 例如，計(jì)算機(jī)是由 OPU、主板、內(nèi)存、硬盤、顯卡、機(jī)箱、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等部件組裝而成的，采購(gòu)員不可能自己去組裝計(jì)算機(jī)，而是將計(jì)算機(jī)的配置要求告訴計(jì)算機(jī)銷售公司，計(jì)算機(jī)銷售公司安排技術(shù)人員去組裝計(jì)算機(jī)，然后再交給要買計(jì)算機(jī)的采購(gòu)員。

生活中這樣的例子很多，如游戲中的不同角色，其性別、個(gè)性、能力、臉型、體型、服裝、發(fā)型等特性都有所差異；還有汽車中的方向盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、車架、輪胎等部件也多種多樣；每封電子郵件的發(fā)件人、收件人、主題、內(nèi)容、附件等內(nèi)容也各不相同。

以上所有這些產(chǎn)品都是由多個(gè)部件構(gòu)成的，各個(gè)部件可以靈活選擇，但其創(chuàng)建步驟都大同小異。這類產(chǎn)品的創(chuàng)建無法用前面介紹的工廠模式描述，只有建造者模式可以很好地描述該類產(chǎn)品的創(chuàng)建。

模式的定義與特點(diǎn)

建造者（Builder）模式的定義：指將一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)造與它的表示分離，使同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示，這樣的設(shè)計(jì)模式被稱為建造者模式。它是將一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象分解為多個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象，然后一步一步構(gòu)建而成。它將變與不變相分離，即產(chǎn)品的組成部分是不變的，但每一部分是可以靈活選擇的。

該模式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

  1. 各個(gè)具體的建造者相互獨(dú)立，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。
  2. 客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細(xì)節(jié)，便于控制細(xì)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)。

其缺點(diǎn)如下：

  1. 產(chǎn)品的組成部分必須相同，這限制了其使用范圍。
  2. 如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復(fù)雜，該模式會(huì)增加很多的建造者類。

建造者（Builder）模式和工廠模式的關(guān)注點(diǎn)不同：建造者模式注重零部件的組裝過程，而工廠方法模式更注重零部件的創(chuàng)建過程，但兩者可以結(jié)合使用。

模式的結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

建造者（Builder）模式由產(chǎn)品、抽象建造者、具體建造者、指揮者等 4 個(gè)要素構(gòu)成，現(xiàn)在我們來分析其基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。

模式的結(jié)構(gòu)

建造者（Builder）模式的主要角色如下。

  1. 產(chǎn)品角色（Product）：它是包含多個(gè)組成部件的復(fù)雜對(duì)象，由具體建造者來創(chuàng)建其各個(gè)滅部件。
  2. 抽象建造者（Builder）：它是一個(gè)包含創(chuàng)建產(chǎn)品各個(gè)子部件的抽象方法的接口，通常還包含一個(gè)返回復(fù)雜產(chǎn)品的方法 getResult()。
  3. 具體建造者(Concrete Builder）：實(shí)現(xiàn) Builder 接口，完成復(fù)雜產(chǎn)品的各個(gè)部件的具體創(chuàng)建方法。
  4. 指揮者（Director）：它調(diào)用建造者對(duì)象中的部件構(gòu)造與裝配方法完成復(fù)雜對(duì)象的創(chuàng)建，在指揮者中不涉及具體產(chǎn)品的信息。

其結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

建造者模式的結(jié)構(gòu)圖

? 圖1 建造者模式的結(jié)構(gòu)圖

模式的實(shí)現(xiàn)

圖 1 給出了建造者（Builder）模式的主要結(jié)構(gòu)，其相關(guān)類的代碼如下。

(1) 產(chǎn)品角色：包含多個(gè)組成部件的復(fù)雜對(duì)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()
    {
        //顯示產(chǎn)品的特性
    }
}

(2) 抽象建造者：包含創(chuàng)建產(chǎn)品各個(gè)子部件的抽象方法。

abstract class Builder
{
    //創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象
    protected Product product=new Product();
    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract void buildPartC();
    //返回產(chǎn)品對(duì)象
    public Product getResult()
    {
        return product;
    }
}

(3) 具體建造者：實(shí)現(xiàn)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.setPartA("建造 PartB");
    }
    public void buildPartC()
    {
        product.setPartA("建造 PartC");
    }
}

(4) 指揮者：調(diào)用建造者中的方法完成復(fù)雜對(duì)象的創(chuàng)建。

class Director
{
    private Builder builder;
    public Director(Builder builder)
    {
        this.builder=builder;
    }
    //產(chǎn)品構(gòu)建與組裝方法
    public Product construct()
    {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}

(5) 客戶類。

public class Client
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Builder builder=new ConcreteBuilder();
        Director director=new Director(builder);
        Product product=director.construct();
        product.show();
    }
}

模式的應(yīng)用實(shí)例

用建造者（Builder）模式描述客廳裝修例子

分析：客廳裝修是一個(gè)復(fù)雜的過程，它包含墻體的裝修、電視機(jī)的選擇、沙發(fā)的購(gòu)買與布局等。客戶把裝修要求告訴項(xiàng)目經(jīng)理，項(xiàng)目經(jīng)理指揮裝修工人一步步裝修，最后完成整個(gè)客廳的裝修與布局，所以本實(shí)例用建造者模式實(shí)現(xiàn)比較適合。

這里客廳是產(chǎn)品，包括墻、電視和沙發(fā)等組成部分。具體裝修工人是具體建造者，他們負(fù)責(zé)裝修與墻、電視和沙發(fā)的布局。項(xiàng)目經(jīng)理是指揮者，他負(fù)責(zé)指揮裝修工人進(jìn)行裝修。

另外，客廳類中提供了 show() 方法，可以將裝修效果圖顯示出來（點(diǎn)此下載裝修效果圖的圖片）?？蛻舳顺绦蛲ㄟ^對(duì)象生成器類 ReadXML 讀取 XML 配置文件中的裝修方案數(shù)據(jù)（點(diǎn)此下載 XML 文件），調(diào)用項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行裝修。其類圖如圖 2 所示。

客廳裝修的結(jié)構(gòu)圖

圖2 客廳裝修的結(jié)構(gòu)圖

程序代碼如下：

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());
        }
    }
}
//產(chǎn)品：客廳
class Parlour
{
    private String wall;    //墻
    private String TV;    //電視
    private String sofa;    //沙發(fā)  
    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("建造者模式測(cè)試");
        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("客廳"));
        p.add(l);
        contentPane.add(sp,BorderLayout.CENTER);       
        jf.pack();  
        jf.setVisible(true);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    }   
}
//抽象建造者：裝修工人
abstract class Decorator
{
    //創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象
    protected  Parlour product=new Parlour();
    public  abstract void buildWall();
    public  abstract void buildTV();
    public  abstract void buildSofa();
    //返回產(chǎn)品對(duì)象
    public  Parlour getResult()
    {
        return  product;
    }
}
//具體建造者：具體裝修工人1
class ConcreteDecorator1  extends Decorator
{
    public void buildWall()
    {
        product.setWall("w1");
    }
    public void buildTV()
    {
        product.setTV("TV1");
    }
    public void buildSofa()
    {
        product.setSofa("sf1");
    }
}
//具體建造者：具體裝修工人2
class ConcreteDecorator2 extends Decorator
{
    public void buildWall()
    {
        product.setWall("w2");
      }
      public void buildTV()
      {
          product.setTV("TV2");
      }
      public void buildSofa()
      {
          product.setSofa("sf2");
      }
}
//指揮者：項(xiàng)目經(jīng)理
class ProjectManager
{
    private Decorator builder;
    public ProjectManager(Decorator builder)
    {
          this.builder=builder;
    }
    //產(chǎn)品構(gòu)建與組裝方法
    public Parlour decorate()
    {
          builder.buildWall();
        builder.buildTV();
        builder.buildSofa();
        return builder.getResult();
    }
}

package Builder;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
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("新類名："+cName);
            Class<?> c=Class.forName(cName);
              Object obj=c.newInstance();
            return obj;
         }  
         catch(Exception e)
         {
                   e.printStackTrace();
                   return null;
         }
    }
}

程序運(yùn)行結(jié)果如圖 3 所示。

客廳裝修的運(yùn)行結(jié)果

? 圖3 客廳裝修的運(yùn)行結(jié)果

模式的應(yīng)用場(chǎng)景

建造者（Builder）模式創(chuàng)建的是復(fù)雜對(duì)象，其產(chǎn)品的各個(gè)部分經(jīng)常面臨著劇烈的變化，但將它們組合在一起的算法卻相對(duì)穩(wěn)定，所以它通常在以下場(chǎng)合使用。

  • 創(chuàng)建的對(duì)象較復(fù)雜，由多個(gè)部件構(gòu)成，各部件面臨著復(fù)雜的變化，但構(gòu)件間的建造順序是穩(wěn)定的。
  • 創(chuàng)建復(fù)雜對(duì)象的算法獨(dú)立于該對(duì)象的組成部分以及它們的裝配方式，即產(chǎn)品的構(gòu)建過程和最終的表示是獨(dú)立的。

模式的擴(kuò)展

建造者（Builder）模式在應(yīng)用過程中可以根據(jù)需要改變，如果創(chuàng)建的產(chǎn)品種類只有一種，只需要一個(gè)具體建造者，這時(shí)可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指揮者角色。

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