建造者（Builder）模式

在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象，这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。例如，计算机是由 OPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。

生活中这样的例子很多，如游戏中的不同角色，其性别、个性、能力、脸型、体型、服装、发型等特性都有所差异；还有汽车中的方向盘、发动机、车架、轮胎等部件也多种多样；每封电子邮件的发件人、收件人、主题、内容、附件等内容也各不相同。

以上所有这些产品都是由多个部件构成的，各个部件可以灵活选择，但其创建步骤都大同小异。这类产品的创建无法用前面介绍的工厂模式描述，只有建造者模式可以很好地描述该类产品的创建。

模式的定义与特点

建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。

该模式的主要优点如下：

各个具体的建造者相互独立，有利于系统的扩展。
客户端不必知道产品内部组成的细节，便于控制细节风险。

其缺点如下：

产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
如果产品的内部变化复杂，该模式会增加很多的建造者类。

建造者（Builder）模式和工厂模式的关注点不同：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的创建过程，但两者可以结合使用。

模式的结构与实现

建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成，现在我们来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

建造者（Builder）模式的主要角色如下。

产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个滅部件。
抽象建造者（Builder）：它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。

其结构图如图 1 所示。

建造者模式的结构图

图1 建造者模式的结构图

2. 模式的实现

图 1 给出了建造者（Builder）模式的主要结构，其相关类的代码如下。

(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。

1.  class  Product
2.  {
3.  private String  partA;
4.  private String  partB;
5.  private String  partC;
6.  public void setPartA(String  partA)
7.  {
8.  this.partA=partA;
9.  }
10.  public void setPartB(String  partB)
11.  {
12.  this.partB=partB;
13.  }
14.  public void setPartC(String  partC)
15.  {
16.  this.partC=partC;
17.  }
18.  public void show()
19.  {
20.  //显示产品的特性
21.  }
22.  }

(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。


1.  abstract class  Builder
2.  {
3.  //创建产品对象
4.  protected Product  product=new Product();
5.  public abstract void buildPartA();
6.  public abstract void buildPartB();
7.  public abstract void buildPartC();
8.  //返回产品对象
9.  public Product  getResult()
10.  {
11.  return product;
12.  }
13.  }

(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。


1.  public class  ConcreteBuilder extends Builder
2.  {
3.  public void buildPartA()
4.  {
5.  product.setPartA("建造 PartA");
6.  }
7.  public void buildPartB()
8.  {
9.  product.setPartA("建造 PartB");
10.  }
11.  public void buildPartC()
12.  {
13.  product.setPartA("建造 PartC");
14.  }
15.  }

(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

1.  class  Director
2.  {
3.  private Builder  builder;
4.  public Director(Builder  builder)
5.  {
6.  this.builder=builder;
7.  }
8.  //产品构建与组装方法
9.  public Product  construct()
10.  {
11.  builder.buildPartA();
12.  builder.buildPartB();
13.  builder.buildPartC();
14.  return builder.getResult();
15.  }
16.  }

(5) 客户类。


1.  public class  Client
2.  {
3.  public static void main(String[] args)
4.  {
5.  Builder  builder=new ConcreteBuilder();
6.  Director  director=new Director(builder);
7.  Product  product=director.construct();
8.  product.show();
9.  }
10.  }

模式的应用实例

【例1】用建造者（Builder）模式描述客厅装修。

分析：客厅装修是一个复杂的过程，它包含墙体的装修、电视机的选择、沙发的购买与布局等。客户把装修要求告诉项目经理，项目经理指挥装修工人一步步装修，最后完成整个客厅的装修与布局，所以本实例用建造者模式实现比较适合。

这里客厅是产品，包括墙、电视和沙发等组成部分。具体装修工人是具体建造者，他们负责装修与墙、电视和沙发的布局。项目经理是指挥者，他负责指挥装修工人进行装修。

另外，客厅类中提供了 show() 方法，可以将装修效果图显示出来（点此下载装修效果图的图片）。客户端程序通过对象生成器类 ReadXML 读取 XML 配置文件中的装修方案数据（点此下载 XML 文件），调用项目经理进行装修。其类图如图 2 所示。

客厅装修的结构图

图2 客厅装修的结构图

程序代码如下：


1.  package  Builder;
2.  import  java.awt.*;
3.  import  javax.swing.*;
4.  public class  ParlourDecorator
5.  {
6.  public static void main(String[] args)
7.  {
8.  try
9.  {
10.  Decorator  d;
11.  d=(Decorator) ReadXML.getObject();
12.  ProjectManager  m=new ProjectManager(d);       
13.  Parlour  p=m.decorate();
14.  p.show();
15.  }
16.  catch(Exception  e)
17.  {
18.  System.out.println(e.getMessage());
19.  }
20.  }
21.  }
22.  //产品：客厅
23.  class  Parlour
24.  {
25.  private String  wall;    //墙
26.  private String  TV;    //电视
27.  private String  sofa;    //沙发 
28.  public void setWall(String  wall)
29.  {
30.  this.wall=wall;
31.  }
32.  public void setTV(String  TV)
33.  {
34.  this.TV=TV;
35.  }
36.  public void setSofa(String  sofa)
37.  {
38.  this.sofa=sofa;
39.  }   
40.  public void show()
41.  {
42.  JFrame  jf=new JFrame("建造者模式测试");
43.  Container  contentPane=jf.getContentPane();
44.  JPanel  p=new JPanel();   
45.  JScrollPane  sp=new JScrollPane(p);  
46.  String  parlour=wall+TV+sofa;
47.  JLabel  l=new JLabel(new ImageIcon("src/"+parlour+".jpg"));
48.  p.setLayout(new GridLayout(1,1));
49.  p.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("客厅"));
50.  p.add(l);
51.  contentPane.add(sp,BorderLayout.CENTER);       
52.  jf.pack();  
53.  jf.setVisible(true);
54.  jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
55.  }   
56.  }
57.  //抽象建造者：装修工人
58.  abstract class  Decorator
59.  {
60.  //创建产品对象
61.  protected  Parlour  product=new Parlour();
62.  public  abstract void buildWall();
63.  public  abstract void buildTV();
64.  public  abstract void buildSofa();
65.  //返回产品对象
66.  public  Parlour  getResult()
67.  {
68.  return  product;
69.  }
70.  }
71.  //具体建造者：具体装修工人1
72.  class  ConcreteDecorator1  extends Decorator
73.  {
74.  public void buildWall()
75.  {
76.  product.setWall("w1");
77.  }
78.  public void buildTV()
79.  {
80.  product.setTV("TV1");
81.  }
82.  public void buildSofa()
83.  {
84.  product.setSofa("sf1");
85.  }
86.  }
87.  //具体建造者：具体装修工人2
88.  class  ConcreteDecorator2 extends Decorator
89.  {
90.  public void buildWall()
91.  {
92.  product.setWall("w2");
93.  }
94.  public void buildTV()
95.  {
96.  product.setTV("TV2");
97.  }
98.  public void buildSofa()
99.  {
100.  product.setSofa("sf2");
101.  }
102.  }
103.  //指挥者：项目经理
104.  class  ProjectManager
105.  {
106.  private Decorator  builder;
107.  public ProjectManager(Decorator  builder)
108.  {
109.  this.builder=builder;
110.  }
111.  //产品构建与组装方法
112.  public Parlour  decorate()
113.  {
114.  builder.buildWall();
115.  builder.buildTV();
116.  builder.buildSofa();
117.  return builder.getResult();
118.  }
119.  }

1.  package  Builder;
2.  import  javax.xml.parsers.*;
3.  import  org.w3c.dom.*;
4.  import  java.io.*;
5.  class  ReadXML
6.  {
7.  public static Object  getObject()
8.  {
9.  try
10.  {
11.  DocumentBuilderFactory  dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();
12.  DocumentBuilder  builder=dFactory.newDocumentBuilder();
13.  Document  doc;                           
14.  doc=builder.parse(new File("src/Builder/config.xml"));
15.  NodeList  nl=doc.getElementsByTagName("className");
16.  Node  classNode=nl.item(0).getFirstChild();
17.  String  cName="Builder."+classNode.getNodeValue();
18.  System.out.println("新类名："+cName);
19.  Class  c=Class.forName(cName);
20.  Object  obj=c.newInstance();
21.  return obj;
22.  }  
23.  catch(Exception  e)
24.  {
25.  e.printStackTrace();
26.  return null;
27.  }
28.  }
29.  }

程序运行结果如图 3 所示。

客厅装修的运行结果

图3 客厅装修的运行结果

模式的应用场景

建造者（Builder）模式创建的是复杂对象，其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一起的算法却相对稳定，所以它通常在以下场合使用。

创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

模式的扩展

建造者（Builder）模式在应用过程中可以根据需要改变，如果创建的产品种类只有一种，只需要一个具体建造者，这时可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指挥者角色。