設計模式解密（6） - 建造者模式（生成器模式）

大學生就業(yè)培訓,高中生培訓,在職人員轉行培訓,企業(yè)團訓

1、簡介

定義：將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創(chuàng)建不同的表示。

分解一下定義：

　　1、復雜對象的表示；
　　2、復雜對象的構建過程；
　　3、可分離的通用構建過程，也適用于其它復雜對象的表示；
　　4、適用于一些基本部件不會變，而其組合經常變化的時候。

英文：Builder

類型：創(chuàng)建類模式

 2、原理及組成

引：類圖

大學生就業(yè)培訓,高中生培訓,在職人員轉行培訓,企業(yè)團訓

四個要素：

　　產品類：一般是一個較為復雜的對象，也就是說創(chuàng)建對象的過程比較復雜，一般會有比較多的代碼量。在本類圖中，產品類是一個具體的類，而非抽象類。

　　　　　　實際編程中，產品類可以是由一個抽象類與它的不同實現組成，也可以是由多個抽象類與他們的實現組成。

　　抽象建造者：引入抽象建造者的目的，是為了將建造的具體過程交與它的子類來實現。這樣更容易擴展。

　　　　　　　　一般至少會有兩個抽象方法，一個用來建造產品，一個是用來返回產品。

　　建造者：實現抽象類的所有未實現的方法，具體來說一般是兩項任務：組建產品；返回組建好的產品。

　　導演類：負責調用適當的建造者來組建產品，導演類一般不與產品類發(fā)生依賴關系，與導演類直接交互的是建造者類。

　　　　　　一般來說，導演類被用來封裝程序中易變的部分。

 

其中最重要的兩個部分：

　　1、一個部分是Builder接口，這里是定義了如何構建各個部件，也就是知道每個部件功能如何實現 
　　2、另外一個部分是Director，Director是知道如何組合來構建產品，也就是說Director負責整體的構建算法，而且通常是分步驟地來執(zhí)行,也就是說如何組裝這些部件。

不管如何變化，建造模式都存在這么兩個部分，一個部分是部件構造。另一個部分是整體構建的算法。 
再直白點說，建造模式的重心在于分離構建算法和具體的構造實現，從而使得構建算法可以重用。具體的構造實現可以很方便地擴展和切換，從而可以靈活地組合來構造出不同的產品對象。

 3、實例引入

背景：模擬生產各種筆（這里假設筆的零件生產是有順序的：筆芯 -> 筆殼 -> 組裝）

創(chuàng)建抽象產品類 -- 筆

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package com.designpattern.builder;
/**
 * 筆  -- 抽象產品類
*/
public abstract class Pen {
    /**筆芯**/
    private String cartridge;
    /**外殼**/
    private String shell;
     
    public String getCartridge() {
        return cartridge;
    }
    public void setCartridge(String cartridge) {
        this.cartridge = cartridge;
    }
    public String getShell() {
        return shell;
    }
    public void setShell(String shell) {
        this.shell = shell;
    }
}

創(chuàng)建抽象建造者（筆builder） 接口

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package com.designpattern.builder;
/**
 * 抽象建造者  -- 筆builder
*/
public abstract interface PenBuilder {
    /**
     * 生產筆芯
     */
    abstract void buildCartridge();
    /**
     * 生產外殼
     */
    abstract void buildShell();
    /**
     * 組裝筆
     */
    abstract Pen buildPen();
}

創(chuàng)建具體產品類（圓珠筆）

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package com.designpattern.builder;
/**
 * 具體產品類 -- 圓珠筆
*/
public class BallpointPen extends Pen{
    public BallpointPen(){
        System.out.println("生產組裝圓珠筆");
    }
}

創(chuàng)建具體產品類（畫筆）

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package com.designpattern.builder;
/**
 * 具體產品類 -- 畫筆
*/
public class BrushPen extends Pen{
    public BrushPen(){
        System.out.println("生產組裝畫筆");
    }
}

創(chuàng)建建造者（具體）  -- 圓珠筆builder

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package com.designpattern.builder.impl;
 
import com.designpattern.builder.BallpointPen;
import com.designpattern.builder.Pen;
import com.designpattern.builder.PenBuilder;
 
/**
 * 建造者（具體）  -- 圓珠筆builder
*/
public class BallpointPenBuilder implements PenBuilder{
     
    Pen pen;
    public BallpointPenBuilder(){
        pen = new BallpointPen();
    }
     
    @Override
    public void buildCartridge() {
        pen.setCartridge("圓珠筆筆芯");
    }
 
    @Override
    public void buildShell() {
        pen.setShell("圓珠筆外殼");
    }
 
    @Override
    public Pen buildPen() {
        return pen;
    }
 
}

創(chuàng)建建造者（具體）  -- 畫筆builder

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package com.designpattern.builder.impl;
 
import com.designpattern.builder.BrushPen;
import com.designpattern.builder.Pen;
import com.designpattern.builder.PenBuilder;
 
/**
 * 建造者（具體）  -- 畫筆builder
*/
public class BrushPenBuilder implements PenBuilder{
     
    Pen pen;
    public BrushPenBuilder(){
        pen = new BrushPen();
    }
     
    @Override
    public void buildCartridge() {
        pen.setCartridge("畫筆筆芯");
    }
 
    @Override
    public void buildShell() {
        pen.setShell("畫筆外殼");
    }
 
    @Override
    public Pen buildPen() {
        return pen;
    }
 
}

創(chuàng)建導演類  Director

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package com.designpattern.builder;
/**
 * 導演類  Director
*/
public class PenDirector {
 
    public Pen constructPen(PenBuilder pen_builder){
        //生產筆芯
        pen_builder.buildCartridge();
        //生產外殼
        pen_builder.buildShell();
        //組裝筆
        return pen_builder.buildPen();
    }
}

下面測試一下

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package com.designpattern.builder;
 
import com.designpattern.builder.impl.BallpointPenBuilder;
import com.designpattern.builder.impl.BrushPenBuilder;
 
/**
 * 測試
*/
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        PenDirector director = new PenDirector();
        Pen ballpointpen = director.constructPen(new BallpointPenBuilder());
        Pen brushpen = director.constructPen(new BrushPenBuilder());
    }
}

結果：

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生產組裝圓珠筆
生產組裝畫筆

4、解決的問題

筆的種類不止這幾種，還有很多，使用建造者模式可以將一類產品的構建過程和細節(jié)進行封裝（實現代碼的復用）與產品的表示進行分離，即：使用同樣的構建過程可以創(chuàng)建不同的產品；

在各個建造者類，只需定義生產零件方法，具體的生產順序定義在導演類中；

5、優(yōu)缺點

優(yōu)點：

　　  封裝性很好：使用建造者模式可以有效的封裝變化，在使用建造者模式的場景中，一般產品類和建造者類是比較穩(wěn)定的，因此，將主要的業(yè)務邏輯封裝在導演類中對整體而言可以取得比較好的穩(wěn)定性。

　　  擴展性很好：建造者模式很容易進行擴展。如果有新的需求，通過實現一個新的建造者類就可以完成，基本上不用修改之前已經測試通過的代碼，因此也就不會對原有功能引入風險。

　　  可以有效控制細節(jié)風險：由于具體的建造者是獨立的，因此可以對建造者過程逐步細化，而不對其他的模塊產生任何影響。

缺點：

　　建造者模式所創(chuàng)建的產品一般具有較多的共同點，其組成部分相似，如果產品之間的差異性很大，則不適合使用建造者模式，因此其使用范圍受到一定的限制。

　　如果產品的內部變化復雜，可能會導致需要定義很多具體建造者類來實現這種變化，導致系統(tǒng)變得很龐大。

6、應用場景

　　建造者模式 --- 建造具有具體細節(jié)的產品

　　1、需要生成的產品對象有復雜的內部結構，這些產品對象具備共性。

　　2、需要生成的產品對象的屬性相互依賴，建造者模式可以強迫生成順序。

　　........

7、與其他模式對比

　　我們可以看到，建造者模式與工廠模式是極為相似的，總體上，建造者模式僅僅只比工廠模式多了一個“導演類”的角色。在建造者模式的類圖中，假如把這個導演類看做是最終調用的客戶端，那么圖中剩余的部分就可以看作是一個簡單的工廠模式了。

　　這里先回歸一下定義：

　　　　　　工廠模式：定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。工廠方法使一個類的實例化延遲到其子類；

　　　　　　建造者模式：將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創(chuàng)建不同的表示；   

　　與工廠模式相比，建造者模式一般用來創(chuàng)建更為復雜的對象，因為對象的創(chuàng)建過程更為復雜，因此將對象的創(chuàng)建過程獨立出來組成一個新的類——導演類。也就是說，工廠模式是將對象的全部創(chuàng)建過程封裝在工廠類中，由工廠類向客戶端提供最終的產品；而建造者模式中，建造者類一般只提供產品類中各個組件的建造，而將具體建造過程交付給導演類。由導演類負責將各個組件按照特定的規(guī)則組建為產品，然后將組建好的產品交付給客戶端。

　　工廠模式一般都是創(chuàng)建一個產品，注重的是把這個產品創(chuàng)建出來就行，只要創(chuàng)建出來，不關心這個產品的組成部分。

　　建造者模式也是創(chuàng)建一個產品，但是不僅要把這個產品創(chuàng)建出來，還要關心這個產品的組成細節(jié)， 組成過程。

8、總結

　　建造者模式最主要功能是基本方法的調用順序安排，也就是這些基本方法已經實現了；

　　而工廠方法則重點是創(chuàng)建，你要什么對象就創(chuàng)造一個對象出來，組裝順序則不是他關心的。

　　PS：建造模式的關鍵是導演角色，這個角色掌握了零件對象的狀態(tài)和產品的整體組裝藍圖。沒有了這個角色，建造模式就不是建造模式。當然，導演角色可以同時持有很多種藍圖，按照需要給出完全不同的組裝結果。

 

　　PS2：源碼地址   https://github.com/JsonShare/DesignPattern/tree/master 

    

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