二十三種設(shè)計模式 - 建造者模式
建造者模式簡介
模式動機
無論是在現(xiàn)實世界中還是在軟件系統(tǒng)中哥捕，都存在一些復雜的對象葛超，它們擁有多個組成部分怨喘，如汽車，它包括車輪蠢护、方向盤、發(fā)動機等各種部件养涮。而對于大多數(shù)用戶而言葵硕，無須知道這些部件的裝配細節(jié)，也幾乎不會使用單獨某個部件贯吓，而是使用一輛完整的汽車懈凹，可以通過建造者模式對其進行設(shè)計與描述，建造者模式可以將部件和其組裝過程分開悄谐，一步一步創(chuàng)建一個復雜的對象介评。用戶只需要指定復雜對象的類型就可以得到該對象，而無須知道其內(nèi)部的具體構(gòu)造細節(jié)尊沸。
在軟件開發(fā)中威沫，也存在大量類似汽車一樣的復雜對象，它們擁有一系列成員屬性洼专，這些成員屬性中有些是引用類型的成員對象棒掠。而且在這些復雜對象中，還可能存在一些限制條件屁商，如某些屬性沒有賦值則復雜對象不能作為一個完整的產(chǎn)品使用烟很；有些屬性的賦值必須按照某個順序，一個屬性沒有賦值之前蜡镶，另一個屬性可能無法賦值等雾袱。
復雜對象相當于一輛有待建造的汽車，而對象的屬性相當于汽車的部件官还，建造產(chǎn)品的過程就相當于組合部件的過程芹橡。由于組合部件的過程很復雜，因此望伦，這些部件的組合過程往往被“外部化”到一個稱作建造者的對象里林说，建造者返還給客戶端的是一個已經(jīng)建造完畢的完整產(chǎn)品對象，而用戶無須關(guān)心該對象所包含的屬性以及它們的組裝方式屯伞，這就是建造者模式的模式動機腿箩。
模式定義
建造者模式(Builder Pattern)：將一個復雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示劣摇。
建造者模式是一步一步創(chuàng)建一個復雜的對象珠移，它允許用戶只通過指定復雜對象的類型和內(nèi)容就可以構(gòu)建它們，用戶不需要知道內(nèi)部的具體構(gòu)建細節(jié)。建造者模式屬于對象創(chuàng)建型模式钧惧。根據(jù)中文翻譯的不同暇韧，建造者模式又可以稱為生成器模式。
建造者模式結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)圖
時序圖
參與者
建造者模式參與者：
Product：產(chǎn)品角色浓瞪，包含多個組件部件的復雜對象锨咙，由具體建造者創(chuàng)建其各個部件。
Builder：抽象建造者追逮，是一個包含創(chuàng)建產(chǎn)品各個子部件的抽象方法的接口，通常還包含一個返回復雜產(chǎn)品角色的方法getResult()粹舵。
Concrete Builder：具體建造者钮孵，完成復雜產(chǎn)品的各個部件的具體創(chuàng)建方法。
Director：指揮者眼滤，用來調(diào)用建造者中的部件構(gòu)造與裝配方法完成復雜對象的創(chuàng)建巴席，在指揮者中不涉及具體的產(chǎn)品信息。
產(chǎn)品類角色
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
}
}
抽象建造者類
abstract class Builder
{
//創(chuàng)建產(chǎn)品對象
protected Product product=new Product();
public abstract void buildPartA();
public abstract void buildPartB();
public abstract void buildPartC();
//返回產(chǎn)品對象
public Product getResult()
{
return product;
}
}
具體建造者類
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");
}
}
指揮者類
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();
}
}
客戶端
public class Client
{
public static void main(String[] args)
{
Builder builder=new ConcreteBuilder();
Director director=new Director(builder);
Product product=director.construct();
product.show();
}
}
建造者模式實現(xiàn)
客廳裝修項目
客廳裝修是一個復雜的過程诅需，它包含墻體的裝修漾唉、電視機的選擇、沙發(fā)的購買與布局等堰塌≌孕蹋客戶把裝修要求告訴項目經(jīng)理，項目經(jīng)理指揮裝修工人一步步裝修场刑，最后完成整個客廳的裝修與布局般此，所以本實例用建造者模式實現(xiàn)比較適合。
這里客廳是產(chǎn)品牵现，包括墻铐懊、電視和沙發(fā)等組成部分。具體裝修工人是具體建造者瞎疼，他們負責裝修與墻科乎、電視和沙發(fā)的布局。項目經(jīng)理是指揮者贼急，他負責指揮裝修工人進行裝修茅茂。
另外，客廳類中提供了 show() 方法竿裂，可以將裝修效果圖顯示出來（點此下載裝修效果圖的圖片）玉吁。
首先創(chuàng)建具體的產(chǎn)品類，也就是我們需要裝修的客廳腻异。
package com.lance.decoration.product;
public class Parlour {
private String wall;
private String televison;
private String sofa;
public String getWall() {
return wall;
}
public void setWall(String wall) {
this.wall = wall;
}
public String getTelevison() {
return televison;
}
public void setTelevison(String televison) {
this.televison = televison;
}
public String getSofa() {
return sofa;
}
public void setSofa(String sofa) {
this.sofa = sofa;
}
@Override
public String toString() {
return "Parlour{" +
"wall='" + wall + '\'' +
", televison='" + televison + '\'' +
", sofa='" + sofa + '\'' +
'}';
}
public void show()
{
System.out.println("=====show time======");
System.out.println(toString());
}
}
然后我們需要創(chuàng)建抽象的建造者进副，因為裝修都是有一定流程控制的，但是每個設(shè)計師的裝修風格不一樣。
package com.lance.decoration.builder;
import com.lance.decoration.product.Parlour;
public abstract class Decorator {
//創(chuàng)建產(chǎn)品對象
protected Parlour product = new Parlour();
public abstract void buildWall();
public abstract void buildTV();
public abstract void buildSofa();
//返回產(chǎn)品對象
public Parlour getResult() {
return product;
}
}
接著我們就可以有請我們的設(shè)計是做客廳的具體設(shè)計了影斑。
1-號技師
package com.lance.decoration.builder;
public class ConcreteDecorator1 extends Decorator {
@Override
public void buildWall() {
product.setWall("wall-1");
}
@Override
public void buildTV() {
product.setTelevison("TV-1");
}
@Override
public void buildSofa() {
product.setSofa("sofa-1");
}
}
2-號技師
package com.lance.decoration.builder;
public class ConcreteDecorator2 extends Decorator {
@Override
public void buildWall() {
product.setWall("wall-2");
}
@Override
public void buildTV() {
product.setTelevison("TV-2");
}
@Override
public void buildSofa() {
product.setSofa("sofa-2");
}
}
和做項目一樣開發(fā)人員找齊后给赞，并且知道做什么后，我們需要一個項目經(jīng)理做流程管理矫户。這時候有請我們的項目經(jīng)理片迅。
package com.lance.decoration.director;
import com.lance.decoration.builder.Decorator;
import com.lance.decoration.product.Parlour;
public 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();
}
}
項目經(jīng)理不用管具體的代碼怎么寫。只需要告訴對應的開發(fā)人員先做什么再做什么皆辽，獲得最后的項目結(jié)果即可柑蛇。
最后客戶端完成調(diào)用.
package com.lance.decoration;
import com.lance.decoration.builder.ConcreteDecorator1;
import com.lance.decoration.builder.Decorator;
import com.lance.decoration.director.ProjectManager;
import com.lance.decoration.product.Parlour;
public class Program {
public static void main(String[] args) {
Decorator builder = new ConcreteDecorator1();
ProjectManager director = new ProjectManager(builder);
Parlour product = director.decorate();
product.show();
}
}
建造者模式應用分析
建造者模式分析
抽象建造者類中定義了產(chǎn)品的創(chuàng)建方法和返回方法。
建造者模式的結(jié)構(gòu)中還引入了一個指揮者類Director驱闷，該類的作用主要有兩個：一方面它隔離了客戶與生產(chǎn)過程耻台；另一方面它負責控制產(chǎn)品的生成過程。指揮者針對抽象建造者編程空另，客戶端只需要知道具體建造者的類型盆耽，即可通過指揮者類調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個完整的產(chǎn)品對象
在客戶端代碼中扼菠，無須關(guān)心產(chǎn)品對象的具體組裝過程摄杂，只需確定具體建造者的類型即可，建造者模式將復雜對象的構(gòu)建與對象的表現(xiàn)分離開來循榆，這樣使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建出不同的表現(xiàn)析恢。
建造者模式優(yōu)點
- 在建造者模式中， 客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細節(jié)秧饮，將產(chǎn)品本身與產(chǎn)品的創(chuàng)建過程解耦氮昧，使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對象。
- 每一個具體建造者都相對獨立浦楣，而與其他的具體建造者無關(guān)袖肥，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者， 用戶使用不同的具體建造者即可得到不同的產(chǎn)品對象 振劳。
- 可以更加精細地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程 椎组。將復雜產(chǎn)品的創(chuàng)建步驟分解在不同的方法中，使得創(chuàng)建過程更加清晰历恐，也更方便使用程序來控制創(chuàng)建過程寸癌。
- 增加新的具體建造者無須修改原有類庫的代碼，指揮者類針對抽象建造者類編程弱贼，系統(tǒng)擴展方便蒸苇，符合“開閉原則”。
建造者模式缺點
- 建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點吮旅，其組成部分相似溪烤，如果產(chǎn)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檬嘀。
- 如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復雜槽驶，可能會導致需要定義很多具體建造者類來實現(xiàn)這種變化，導致系統(tǒng)變得很龐大鸳兽。
適用環(huán)境
在以下情況下可以使用建造者模式：
- 需要生成的產(chǎn)品對象有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掂铐，這些產(chǎn)品對象通常包含多個成員屬性。
- 需要生成的產(chǎn)品對象的屬性相互依賴揍异，需要指定其生成順序全陨。
- 對象的創(chuàng)建過程獨立于創(chuàng)建該對象的類。在建造者模式中引入了指揮者類衷掷，將創(chuàng)建過程封裝在指揮者類中烤镐，而不在建造者類中。
- 隔離復雜對象的創(chuàng)建和使用棍鳖，并使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品。
建造者模式應用
在很多游戲軟件中碗旅，地圖包括天空渡处、地面、背景等組成部分祟辟，人物角色包括人體医瘫、服裝、裝備等組成部分旧困，可以使用建造者模式對其進行設(shè)計醇份，通過不同的具體建造者創(chuàng)建不同類型的地圖或人物。
建造者模式擴展
建造者模式的簡化:
- 省略抽象建造者角色：如果系統(tǒng)中只需要一個具體建造者的話吼具，可以省略掉抽象建造者僚纷。
- 省略指揮者角色：在具體建造者只有一個的情況下，如果抽象建造者角色已經(jīng)被省略掉拗盒，那么還可以省略指揮者角色怖竭，讓
Builder角色扮演指揮者與建造者雙重角色。
建造者模式與抽象工廠模式的比較:
- 與抽象工廠模式相比陡蝇， 建造者模式返回一個組裝好的完整產(chǎn)品 痊臭，而 抽象工廠模式返回一系列相關(guān)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品位于不同的產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)登夫，構(gòu)成了一個產(chǎn)品族广匙。
- 在抽象工廠模式中，客戶端實例化工廠類恼策，然后調(diào)用工廠方法獲取所需產(chǎn)品對象鸦致，而在建造者模式中，客戶端可以不直接調(diào)用建造者的相關(guān)方法，而是通過指揮者類來指導如何生成對象蹋凝，包括對象的組裝過程和建造步驟鲁纠，它側(cè)重于一步步構(gòu)造一個復雜對象，返回一個完整的對象鳍寂。
- 如果將抽象工廠模式看成 汽車配件生產(chǎn)工廠 改含，生產(chǎn)一個產(chǎn)品族的產(chǎn)品，那么建造者模式就是一個 汽車組裝工廠 迄汛，通過對部件的組裝可以返回一輛完整的汽車捍壤。
總結(jié)
- 建造者模式將一個復雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示鞍爱。建造者模式是一步一步創(chuàng)建一個復雜的對象鹃觉，它允許用戶只通過指定復雜對象的類型和內(nèi)容就可以構(gòu)建它們，用戶不需要知道內(nèi)部的具體構(gòu)建細節(jié)睹逃。建造者模式屬于對象創(chuàng)建型模式盗扇。
- 建造者模式包含如下四個角色：抽象建造者為創(chuàng)建一個產(chǎn)品對象的各個部件指定抽象接口；具體建造者實現(xiàn)了抽象建造者接口沉填，實現(xiàn)各個部件的構(gòu)造和裝配方法疗隶，定義并明確它所創(chuàng)建的復雜對象，也可以提供一個方法返回創(chuàng)建好的復雜產(chǎn)品對象翼闹；產(chǎn)品角色是被構(gòu)建的復雜對象斑鼻，包含多個組成部件；指揮者負責安排復雜對象的建造次序猎荠，指揮者與抽象建造者之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系坚弱，可以在其construct()建造方法中調(diào)用建造者對象的部件構(gòu)造與裝配方法，完成復雜對象的建造
- 在建造者模式的結(jié)構(gòu)中引入了一個指揮者類关摇，該類的作用主要有兩個：一方面它隔離了客戶與生產(chǎn)過程荒叶；另一方面它負責控制產(chǎn)品的生成過程。指揮者針對抽象建造者編程输虱，客戶端只需要知道具體建造者的類型停撞，即可通過指揮者類調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個完整的產(chǎn)品對象悼瓮。
- 建造者模式的主要優(yōu)點在于客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細節(jié)戈毒，將產(chǎn)品本身與產(chǎn)品的創(chuàng)建過程解耦，使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對象横堡，每一個具體建造者都相對獨立埋市，而與其他的具體建造者無關(guān)，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者命贴，符合“開閉原則”道宅，還可以更加精細地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程食听；其主要缺點在于由于建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點，其組成部分相似污茵，因此其使用范圍受到一定的限制樱报，如果產(chǎn)品的內(nèi)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(xiàn)這種變化泞当，導致系統(tǒng)變得很龐大迹蛤。
- 建造者模式適用情況包括：需要生成的產(chǎn)品對象有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)品對象通常包含多個成員屬性襟士；需要生成的產(chǎn)品對象的屬性相互依賴盗飒，需要指定其生成順序；對象的創(chuàng)建過程獨立于創(chuàng)建該對象的類陋桂；隔離復雜對象的創(chuàng)建和使用逆趣，并使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同類型的產(chǎn)品。
