Java建造者模式(创建型)

建造模式是对象的创建模式。建造模式可以将一个产品的内部表象(internal representation)与产品的生产过程分割开来,从而可以使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。

产品的内部表象

一个产品常有不同的组成成分作为产品的零件,这些零件有可能是对象,也有可能不是对象,它们通常又叫做产品的内部表象(internal representation)。不同的产品可以有不同的内部表象,也就是不同的零件。使用建造模式可以使客户端不需要知道所生成的产品有哪些零件,每个产品的对应零件彼此有何不同,是怎么建造出来的,以及怎么组成产品。

对象性质的建造

有些情况下,一个对象会有一些重要的性质,在它们没有恰当的值之前,对象不能作为一个完整的产品使用。比如,一个电子邮件有发件人地址、收件人地址、主题、内容、附录等部分,而在最起码的收件人地址得到赋值之前,这个电子邮件不能发送。
  有些情况下,一个对象的一些性质必须按照某个顺序赋值才有意义。在某个性质没有赋值之前,另一个性质则无法赋值。这些情况使得性质本身的建造涉及到复杂的商业逻辑。这时候,此对象相当于一个有待建造的产品,而对象的这些性质相当于产品的零件,建造产品的过程是建造零件的过程。由于建造零件的过程很复杂,因此,这些零件的建造过程往往被“外部化”到另一个称做建造者的对象里,建造者对象返还给客户端的是一个全部零件都建造完毕的产品对象。
  建造模式利用一个导演者对象和具体建造者对象一个个地建造出所有的零件,从而建造出完整的产品对象。建造者模式将产品的结构和产品的零件的建造过程对客户端隐藏起来,把对建造过程进行指挥的责任和具体建造者零件的责任分割开来,达到责任划分和封装的目的。

建造模式的结构


  在这个示意性的系统里,最终产品Product只有两个零件,即part1和part2。相应的建造方法也有两个:buildPart1()和buildPart2()、同时可以看出本模式涉及到四个角色,它们分别是:

1.抽象建造者(Builder)角色:

给出一个抽象接口,以规范产品对象的各个组成成分的建造。一般而言,此接口独立于应用程序的商业逻辑。模式中直接创建产品对象的是具体建造者 (ConcreteBuilder)角色。具体建造者类必须实现这个接口所要求的两种方法:一种是建造方法(buildPart1和 buildPart2),另一种是返还结构方法(retrieveResult)。一般来说,产品所包含的零件数目与建造方法的数目相符。换言之,有多少 零件,就有多少相应的建造方法。

2.具体建造者(ConcreteBuilder)角色:

担任这个角色的是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。这个角色要完成的任务包括:

  • 实现抽象建造者Builder所声明的接口,给出一步一步地完成创建产品实例的操作。
  • 在建造过程完成后,提供产品的实例。

3.导演者(Director)角色:

担任这个角色的类调用具体建造者角色以创建产品对象。应当指出的是,导演者角色并没有产品类的具体知识,真正拥有产品类的具体知识的是具体建造者角色。

4.产品(Product)角色:

产品便是建造中的复杂对象。一般来说,一个系统中会有多于一个的产品类,而且这些产品类并不一定有共同的接口,而完全可以是不相关联的。

导演者角色是与客户端打交道的角色。导演者将客户端创建产品的请求划分为对各个零件的建造请求,再将这些请求委派给具体建造者角色。具体建造者角色是做具体建造工作的,但是却不为客户端所知。

一般来说,每有一个产品类,就有一个相应的具体建造者类。这些产品应当有一样数目的零件,而每有一个零件就相应地在所有的建造者角色里有一个建造方法。

源代码

/**
 * 产品类
 */
public class Product {

    //定义一些产品的零件
    private String part1;

    private String part2;

    public String getPart1() {
        return part1;
    }

    public void setPart1(String part1) {
        this.part1 = part1;
    }

    public String getPart2() {
        return part2;
    }

    public void setPart2(String part2) {
        this.part2 = part2;
    }
}
/**
 * 建造者接口,定义了建造产品需要实现的方法
 */
public interface Builder {

    /**
     * 创建产品的第一部分 
     */
    public void buildPart1();

    /**
     * 创建产品的第二部分 
     */
    public void buildPart2();

    /**
     * 返回产品
     */
    public Product getResult();

}
/**
 * 具体的建造者对象
 */
public class ConcreteBuilder1  implements Builder{

    private Product product;

    public ConcreteBuilder1() {
        this.product = new Product();
    }

    /**
     * 产品零件建造方法1
     */
    @Override
    public void buildPart1() {
        this.product.setPart1("part1");
    }

    /**
     * 产品零件建造方法2
     */
    @Override
    public void buildPart2() {
        this.product.setPart2("part2");
    }

    /**
     * 产品返还方法
     */
    @Override
    public Product getResult() {
        return this.product;
    }
}
/**
 * 导演,指挥者,调用具体建造者完成产品的建造
 */
public class Director {

    /**
     * 持有当前需要使用的建造器对象
     */
    private Builder builder;

    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    /**
     * 产品建造方法,完成产品各个零件的建造
     */
    public void construct(){
        builder.buildPart1();
        builder.buildPart2();
    }

}
/**
 * 客户端
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Builder builder = new ConcreteBuilder1();
        Director director = new Director(builder);
        director.construct();

        Product product = builder.getResult();
        System.out.println(product.getPart1());
        System.out.println(product.getPart2());
    }

}

流程分析

客户端负责创建导演者和具体建造者对象。然后,客户端把具体建造者对象交给导演者,导演者操作具体建造者,开始创建产品。当产品完成后,建造者把产品返还给客户端。

把创建具体建造者对象的任务交给客户端而不是导演者对象,是为了将导演者对象与具体建造者对象的耦合变成动态的,从而使导演者对象可以操纵数个具体建造者对象中的任何一个。

建造模式分成两个很重要的部分:

1. 一个部分是Builder接口,这里是定义了如何构建各个部件,也就是知道每个部件功能如何实现,以及如何装配这些部件到产品中去;

2. 另外一个部分是Director,Director是知道如何组合来构建产品,也就是说Director负责整体的构建算法,而且通常是分步骤地来执行。

不管如何变化,建造模式都存在这么两个部分,一个部分是部件构造和产品装配,另一个部分是整体构建的算法。认识这点是很重要的,因为在建造模式中,强调的是固定整体构建的算法,而灵活扩展和切换部件的具体构造和产品装配的方式。

再直白点说,建造模式的重心在于分离构建算法和具体的构造实现,从而使得构建算法可以重用。具体的构造实现可以很方便地扩展和切换,从而可以灵活地组合来构造出不同的产品对象

建造者模式的优点

首先,建造者模式的封装性很好。使用建造者模式可以有效的封装变化,在使用建造者模式的场景中,一般产品类和建造者类是比较稳定的,因此,将主要的业务逻辑封装在导演类中对整体而言可以取得比较好的稳定性。

其次,建造者模式很容易进行扩展。如果有新的需求,通过实现一个新的建造者类就可以完成,基本上不用修改之前已经测试通过的代码,因此也就不会对原有功能引入风险。

建造者模式与工厂模式的区别

我们可以看到,建造者模式与工厂模式是极为相似的,总体上,建造者模式仅仅只比工厂模式多了一个“导演类”的角色。在建造者模式的类图中,假如把这个导演类看做是最终调用的客户端,那么图中剩余的部分就可以看作是一个简单的工厂模式了。

与工厂模式相比,建造者模式一般用来创建更为复杂的对象,因为对象的创建过程更为复杂,因此将对象的创建过程独立出来组成一个新的类——导演类。也就是说,工厂模式是将对象的全部创建过程封装在工厂类中,由工厂类向客户端提供最终的产品;而建造者模式中,建造者类一般只提供产品类中各个组件的建造,而将具体建造过程交付给导演类。由导演类负责将各个组件按照特定的规则组建为产品,然后将组建好的产品交付给客户端。

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