java设计模式——建造者模式(Builder Pattern)

          在软件开发中，存在大量类似汽车一样的复杂对象，它们拥有一系列成员属性，这些成员属性中有些是引用类型的成员对象。而且在这些复杂对象中，还可能存在一些限制条件，如某些属性没有赋值则复杂对象不能作为一个完整的产品使用；有些属性的赋值必须按照某个顺序，一个属性没有赋值之前，另一个属性可能无法赋值等。

       复杂对象相当于一辆有待建造的汽车，而对象的属性相当于汽车的部件，建造产品的过程就相当于组合部件的过程。 由于组合部件的过程很复杂，因此，这些部件的组合过程往往被“外部化”到一个称作建造者的对象里， 建造者返还给客户端的是一个已经建造完毕的完整产品对象，而用户无须关心该对象所包含的属性以及它们的组装方式，这就是建造者模式的模式动机。

定义：建造者模式(Builder Pattern)：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式又可以称为生成器模式。

结构：

• Builder（抽象建造者）：它为创建一个产品Product对象的各个部件指定抽象接口，在该接口中一般声明两类方法，一类方法是buildPartX()，它们用于创建复杂对象的各个部件；另一类方法是getResult()，它们用于返回复杂对象。Builder既可以是抽象类，也可以是接口。
• ConcreteBuilder（具体建造者）：它实现了Builder接口，实现各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确它所创建的复杂对象，也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。
• Product（产品角色）：它是被构建的复杂对象，包含多个组成部件，具体建造者创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。
• Director（指挥者）：指挥者又称为导演类，它负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，

UML图：

代码分析：

产品类：

public abstract class abstractProduct {
    protected abstract void operation1();
    protected abstract void operation2();
}

public class ProductA  extends abstractProduct {
    @Override
    protected void operation1() {
        System. out.println( "ProductA operation1");
    }

    @Override
    protected void operation2() {
        System. out.println( "ProductA operation2");
    }
}

public class ProductB  extends abstractProduct {
    @Override
    protected void operation1() {
        System. out.println( "ProductB operation1");
    }

    @Override
    protected void operation2() {
        System. out.println( "ProductB operation2");
    }
}

建造者：

public abstract class abstractBuilder {
    public abstract abstractProduct getProduct();
    //  负责产品属性的组装顺序，比如一辆车可以先装轮子再装方向盘再装其它的零件
    public abstract void buildPart();
}

public class BuilderA  extends abstractBuilder{
    private ProductA  productA =  new ProductA();
    @Override
    public abstractProduct getProduct() {
        return this. productA;
    }

    @Override
    public void buildPart() {
        this. productA.operation2();
        this. productA.operation1();
    }
}

public class BuilderB  extends abstractBuilder {
    private ProductB  productB =  new ProductB();
    @Override
    public abstractProduct getProduct() {
        return this. productB;
    }

    @Override
    public void buildPart() {
        this. productB.operation1();
        this. productB.operation2();
    }
}

指挥者：

public class Director {
    private BuilderA  builderA =  new BuilderA();
    private BuilderB  builderB =  new BuilderB();

    /**
     *  @description  设置产品 A （复杂对象）的属性，并返回该对象
      */
    public ProductA composeA() {
        this. builderA.buildPart();
        return (ProductA)  this. builderA.getProduct();
    }

    /**
     *  @description  设置产品 B （复杂对象）的属性，并返回该对象
      */
    public ProductB composeB() {
        this. builderB.buildPart();
        return (ProductB)  this. builderB.getProduct();
    }

}

客户端：

Director director =  new Director();
ProductA productA = director.composeA();
ProductB productB = director.composeB();

优点：

• 在建造者模式中， 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。
• 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 。
• 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。
• 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”。

缺点：

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。

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。

适用环境：

在以下情况下可以使用建造者模式：

• 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员属性。
• 需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序。
• 对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中引入了指挥者类，将创建过程封装在指挥者类中，而不在建造者类中。
• 隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。

建造者模式的简化:

• 省略抽象建造者角色：如果系统中只需要一个具体建造者的话，可以省略掉抽象建造者。
• 省略指挥者角色：在具体建造者只有一个的情况下，如果抽象建造者角色已经被省略掉，那么还可以省略指挥者角色，让Builder角色扮演指挥者与建造者双重角色。

建造者模式与抽象工厂模式的比较:

• 与抽象工厂模式相比， 建造者模式返回一个组装好的完整产品 ，而 抽象工厂模式返回一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成了一个产品族。
• 在抽象工厂模式中，客户端实例化工厂类，然后调用工厂方法获取所需产品对象，而在建造者模式中，客户端可以不直接调用建造者的相关方法，而是通过指挥者类来指导如何生成对象，包括对象的组装过程和建造步骤，它侧重于一步步构造一个复杂对象，返回一个完整的对象。
• 如果将抽象工厂模式看成 汽车配件生产工厂 ，生产一个产品族的产品，那么建造者模式就是一个 汽车组装工厂 ，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。