设计模式——建造者(Builder)模式

建造者模式（Builder Pattern），又叫生成器模式，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，使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现的对象。建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可 以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。

简单来说，建造者模式允许你按步骤创建复杂的对象，同时将对象的构建与其表示分离。

主要解决的问题是当创建一个复杂对象时，如果直接在代码中进行对象的创建和初始化，会导致代码变得复杂而难以维护。

而建造者模式通过将对象的构建过程委派给不同的建造者，使得代码更加清晰、可读，并且可以灵活地构建不同的对象表示形式。

当我们需要创建一个对象，但该对象具有复杂的构建过程，并且构建过程可以有不同的表示形式时，可以考虑使用建造者模式。

建造者模式包含4个元素：

• 抽象建造者（Builder）：一个抽象接口，规范了产品对象的各个组成成分的建造。
• 具体建造者（ConcreteBuilder）：与应用程序紧密相关的一些类，它们在应用程序调用下创建产品的实例。
• 导演者（Director）：调用具体建造者角色来创建产品对象。
• 产品（Product）：一般是一个较为复杂的对象。

优点包括：

1. 将对象的构建过程封装在一个建造者类中，使得客户端代码与具体构建过程解耦，提高了代码的可维护性和可读性。
2. 可以灵活地构建不同表示形式的对象，通过调整建造者的步骤和配置，可以得到不同的对象。
3. 可以更好地控制对象的构建过程，避免了在代码中直接创建和初始化对象的复杂性。

缺点包括：

1. 建造者模式增加了代码的复杂性，因为需要定义多个类来实现构建者和产品对象，可能会增加项目的工程复杂性。
2. 如果产品的属性发生变化，需要修改构建者类和产品类，可能会引起一定的维护成本。

注意事项：与工厂模式的区别是：建造者模式更加关注与零件装配的顺序。

案例

我们假设一个快餐店的商业案例，其中，一个典型的套餐可以是一个汉堡（Burger）和一杯冷饮（Cold drink）。汉堡（Burger）可以是素食汉堡（Veg Burger）或鸡肉汉堡（Chicken Burger），它们是包在纸盒中。冷饮（Cold drink）可以是可口可乐（coke）或百事可乐（pepsi），它们是装在瓶子中。

我们将创建一个表示食物条目（比如汉堡和冷饮）的 Item 接口和实现 Item 接口的实体类，以及一个表示食物包装的 Packing 接口和实现 Packing 接口的实体类，汉堡是包在纸盒中，冷饮是装在瓶子中。

然后我们创建一个 Meal 类，带有 Item 的 ArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder。BuilderPatternDemo 类使用 MealBuilder 来创建一个 Meal。

步骤 1

创建一个表示食物条目和食物包装的接口。

public interface Item {
   public String name();
   public Packing packing();
   public float price();    
}

public interface Packing {
   public String pack();
}

步骤 2

创建实现 Packing 接口的实体类。

public class Wrapper implements Packing {
 
   @Override
   public String pack() {
      return "Wrapper";
   }
}

public class Bottle implements Packing {
 
   @Override
   public String pack() {
      return "Bottle";
   }
}

步骤 3

创建实现 Item 接口的抽象类，该类提供了默认的功能。

public abstract class Burger implements Item {
 
   @Override
   public Packing packing() {
      return new Wrapper();
   }
 
   @Override
   public abstract float price();
}

public abstract class ColdDrink implements Item {
 
    @Override
    public Packing packing() {
       return new Bottle();
    }
 
    @Override
    public abstract float price();
}

步骤 4

创建扩展了 Burger 和 ColdDrink 的实体类。

public class VegBurger extends Burger {
 
   @Override
   public float price() {
      return 25.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Veg Burger";
   }
}

public class ChickenBurger extends Burger {
 
   @Override
   public float price() {
      return 50.5f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Chicken Burger";
   }
}

public class Coke extends ColdDrink {
 
   @Override
   public float price() {
      return 30.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Coke";
   }
}

public class Pepsi extends ColdDrink {
 
   @Override
   public float price() {
      return 35.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Pepsi";
   }
}

步骤 5

创建一个 Meal 类，带有上面定义的 Item 对象。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Meal {
   private List items = new ArrayList();    
 
   public void addItem(Item item){
      items.add(item);
   }
 
   public float getCost(){
      float cost = 0.0f;
      for (Item item : items) {
         cost += item.price();
      }        
      return cost;
   }
 
   public void showItems(){
      for (Item item : items) {
         System.out.print("Item : "+item.name());
         System.out.print(", Packing : "+item.packing().pack());
         System.out.println(", Price : "+item.price());
      }        
   }    
}

步骤 6

创建一个 MealBuilder 类，实际的 builder 类负责创建 Meal 对象。

public class MealBuilder {
 
   public Meal prepareVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new VegBurger());
      meal.addItem(new Coke());
      return meal;
   }   
 
   public Meal prepareNonVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new ChickenBurger());
      meal.addItem(new Pepsi());
      return meal;
   }
}

步骤 7

BuiderPatternDemo 使用 MealBuilder 来演示建造者模式（Builder Pattern）。

public class BuilderPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      MealBuilder mealBuilder = new MealBuilder();
 
      Meal vegMeal = mealBuilder.prepareVegMeal();
      System.out.println("Veg Meal");
      vegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +vegMeal.getCost());
 
      Meal nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal();
      System.out.println("\n\nNon-Veg Meal");
      nonVegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +nonVegMeal.getCost());
   }
}

步骤 8

执行程序，输出结果：

Veg Meal
Item : Veg Burger, Packing : Wrapper, Price : 25.0
Item : Coke, Packing : Bottle, Price : 30.0
Total Cost: 55.0


Non-Veg Meal
Item : Chicken Burger, Packing : Wrapper, Price : 50.5
Item : Pepsi, Packing : Bottle, Price : 35.0
Total Cost: 85.5

总结

建造者模式是一种创建型设计模式，用于将复杂对象的构建过程与其表示分离。它通过将复杂对象的构建过程分解为多个简单的步骤来实现。在Java中，我们可以使用建造者模式来创建复杂对象，并且可以根据需要使用不同的建造者来创建不同的表示。建造者模式的优点包括可重用性和易于维护和扩展，但它的缺点是代码结构较为复杂。建造者模式适用于需要创建多个相似对象，或者需要在不同的上下文中创建不同的对象表示的情况。如果需要创建的对象较为简单，可能会使用建造者模式变得过于繁琐。

总之，建造者模式是一种非常有用的设计模式，可以帮助我们更好地管理对象的构建过程，并且使得代码更加易于维护和扩展。如果你需要创建一个复杂的对象，或者需要在不同的上下文中创建不同的对象表示，建议你考虑使用建造者模式来实现。