设计模式：建造者模式

2023-11-15

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。

模式动机

建造者模式（Builder Pattern） 又名生成器模式，是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现（属性）的对象。

建造者模式的优点

1、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。

2、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。

3、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。

4、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”。

什么情况不要用建造者模式

1、产品之间差异性很大的情况： 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。

2、产品内部变化很复杂的情况： 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。

抽象工厂模式VS建造者模式

抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。

模式结构

建造者模式的UML结构图

建造者模式主要包含四个角色

Product（产品角色）： 一个具体的产品对象。

Builder（抽象建造者）： 创建一个Product对象的各个部件指定的抽象接口。

ConcreteBuilder（具体建造者）： 实现抽象接口，构建和装配各个部件。

Director（指挥者）： 构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。

建造者模式分析

1 ) 一个典型的复杂对象其类代码示例如下：

public class Product 
{
    private String partA; //可以是任意类型
    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
}

2 ) 抽象建造者类中定义了产品的创建方法和返回方法，其典型代码如下：

public abstract class Builder
{
    protected Product product=new Product();
    
    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract void buildPartC();
    
    public Product getResult()
    {
        return product;
    }
}

3 ) 具体建造者。实现抽象接口，构建和装配各个部件,实例代码如下：

public class ConcreteBuilder extends Builder{
    public void buildPartA(){
    ...
    }
    public void buildPartB(){
    ...
    }
    public void buildPartC(){
    ...
    }
}

4）指挥者类的代码示例如下：

建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类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。

public class Director
{
    private Builder builder;
    //1 构造方法的方式注入builder对象
    public Director(Builder builder)
    {
        this.builder=builder;
    }
    //2 set方法注入builder对象
    public void setBuilder(Builder builder)
    {
        this.builder=builer;
    }
    
    public Product construct()
    {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}

5 ) 客户端类代码片段：

在客户端代码中，无须关心产品对象的具体组装过程，只需确定具体建造者的类型即可，建造者模式将复杂对象的构建与对象的表现分离开来，这样使得同样的构建过程可以创建出不同的表现。

……
Builder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director(builder);
Product product = director.construct();
……

实例补充：KFC套餐

建造者模式可以用于描述KFC如何创建套餐：套餐是一个复杂对象，它一般包含主食（如汉堡、鸡肉卷等）和饮料（如果汁、可乐等）等组成部分，不同的套餐有不同的组成部分，而KFC的服务员可以根据顾客的要求，一步一步装配这些组成部分，构造一份完整的套餐，然后返回给顾客。

实例：KFC套餐

1）Product（产品角色）

一个具体的产品对象。

public class Meal {
    private String food;
    private String drink;

    public String getFood() {
        return food;
    }

    public void setFood(String food) {
        this.food = food;
    }

    public String getDrink() {
        return drink;
    }

    public void setDrink(String drink) {
        this.drink = drink;
    }
}

2）Builder（抽象建造者）

创建一个Product对象的各个部件指定的抽象接口。

public abstract class MealBuilder {
    Meal meal = new Meal();
    
    public abstract void buildFood();
    
    public abstract void buildDrink();
    
    public Meal getMeal(){
        return meal;
    }
}

3） ConcreteBuilder（具体建造者）

实现抽象接口，构建和装配各个部件。

A套餐：

public class MealA extends MealBuilder{

    public void buildDrink() {
        meal.setDrink("可乐");
    }

    public void buildFood() {
        meal.setFood("薯条");
    }

}

B套餐：

public class MealB extends MealBuilder{

    public void buildDrink() {
        meal.setDrink("柠檬果汁");
    }

    public void buildFood() {
        meal.setFood("鸡翅");
    }

}

4）Director（指挥者）

构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象，它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。

public class KFCWaiter {
    private MealBuilder mealBuilder;
    
    public KFCWaiter(MealBuilder mealBuilder) {
        this.mealBuilder = mealBuilder;
    }
    

    public Meal construct(){
        //准备食物
        mealBuilder.buildFood();
        //准备饮料
        mealBuilder.buildDrink();
        
        //准备完毕，返回一个完整的套餐给客户
        return mealBuilder.getMeal();
    }
}

5）测试类(客户端类)

public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        //套餐A
        MealA a = new MealA();
        //准备套餐A的服务员
        KFCWaiter waiter = new KFCWaiter(a);
        //获得套餐
        Meal mealA = waiter.construct();      
        System.out.print("套餐A的组成部分:");
        System.out.println("食物："+mealA.getFood()+"；   "+"饮品："+mealA.getDrink());
    }
}
// 输出结果：
// 套餐A的组成部分:食物：薯条；   饮品：可乐

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