设计模式(五) 建造者模式

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。

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:

  1. 各个具体的建造者相互独立,有利于系统的扩展。
  2. 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:

  1. 产品的组成部分必须相同,这限制了其使用范围。
  2. 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。

  1. 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。
  2. 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()。
  3. 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。
  4. 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。

2. 模式的实现

(1) 产品角色:包含多个组成部件的复杂对象。 

    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()
        {
            //显示产品的特性
        }
    }

 (2) 抽象建造者:包含创建产品各个子部件的抽象方法。

    abstract class Builder
    {
        //创建产品对象
        protected Product product=new Product();
        public abstract void buildPartA();
        public abstract void buildPartB();
        public abstract void buildPartC();
        //返回产品对象
        public Product getResult()
        {
            return product;
        }
    }

 
(3) 具体建造者:实现了抽象建造者接口。

    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");
        }
    }

(4) 指挥者:调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

    class Director
    {
        private Builder builder;
        public Director(Builder builder)
        {
            this.builder=builder;
        }
        //产品构建与组装方法
        public Product construct()
        {
            builder.buildPartA();
            builder.buildPartB();
            builder.buildPartC();
            return builder.getResult();
        }
    }

 (5) 客户类。

    public class Client
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            Builder builder=new ConcreteBuilder();
            Director director=new Director(builder);
            Product product=director.construct();
            product.show();
        }
    }

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。

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