建造者模式（生成器模式）

介紹

沒有人買車會只買一個輪胎或者方向盤，大家買的都是一輛包含輪胎、方向盤和發(fā)動機等多個部件的完整汽車。如何將這些部件組裝成一輛完整的汽車并返回給用戶，這是建造者模式需要解決的問題。建造者模式又稱為生成器模式，它是一種較為復(fù)雜、使用頻率也相對較低的創(chuàng)建型模式。建造者模式為客戶端返回的不是一個簡單的產(chǎn)品，而是一個由多個部件組成的復(fù)雜產(chǎn)品。

建造者模式是較為復(fù)雜的創(chuàng)建型模式，它將客戶端與包含多個組成部分（或部件）的復(fù)雜對象的創(chuàng)建過程分離，客戶端無須知道復(fù)雜對象的內(nèi)部組成部分與裝配方式，只需要知道所需建造者的類型即可。它關(guān)注如何一步一步創(chuàng)建一個的復(fù)雜對象，不同的具體建造者定義了不同的創(chuàng)建過程，且具體建造者相互獨立，增加新的建造者非常方便，無須修改已有代碼，系統(tǒng)具有較好的擴展性。

定義

將一個復(fù)雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。建造者模式是一種對象創(chuàng)建型模式。

UML類圖

角色

• Builder（抽象建造者）：它為創(chuàng)建一個產(chǎn)品Product對象的各個部件指定抽象接口，在該接口中一般聲明兩類方法，一類方法是buildPartX()，它們用于創(chuàng)建復(fù)雜對象的各個部件；另一類方法是getResult()，它們用于返回復(fù)雜對象。Builder既可以是抽象類，也可以是接口。
• ConcreteBuilder（具體建造者）：它實現(xiàn)了Builder接口，實現(xiàn)各個部件的具體構(gòu)造和裝配方法，定義并明確它所創(chuàng)建的復(fù)雜對象，也可以提供一個方法返回創(chuàng)建好的復(fù)雜產(chǎn)品對象。
• Product（產(chǎn)品角色）：它是被構(gòu)建的復(fù)雜對象，包含多個組成部件，具體建造者創(chuàng)建該產(chǎn)品的內(nèi)部表示并定義它的裝配過程。
• Director（指揮者）：指揮者又稱為導(dǎo)演類，它負責安排復(fù)雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以在其construct()建造方法中調(diào)用建造者對象的部件構(gòu)造與裝配方法，完成復(fù)雜對象的建造。客戶端一般只需要與指揮者進行交互，在客戶端確定具體建造者的類型，并實例化具體建造者對象（也可以通過配置文件和反射機制），然后通過指揮者類的構(gòu)造函數(shù)或者Setter方法將該對象傳入指揮者類中。

demo代碼

在建造者模式的定義中提到了復(fù)雜對象，那么什么是復(fù)雜對象？簡單來說，復(fù)雜對象是指那些包含多個成員屬性的對象，這些成員屬性也稱為部件或零件，如汽車包括方向盤、發(fā)動機、輪胎等部件，電子郵件包括發(fā)件人、收件人、主題、內(nèi)容、附件等部件，一個典型的復(fù)雜對象類代碼示例如下：

class Product  {
       private  String partA; //定義部件，部件可以是任意類型，包括值類型和引用類型
       private  String partB;
       private  String partC;
       //partA的Getter方法和Setter方法省略
       //partB的Getter方法和Setter方法省略
       //partC的Getter方法和Setter方法省略
}

在抽象建造者類中定義了產(chǎn)品的創(chuàng)建方法和返回方法，其典型代碼如下：

abstract class Builder {
     //創(chuàng)建產(chǎn)品對象
       protected  Product product=new Product();
      
       public  abstract void buildPartA();
       public  abstract void buildPartB();
       public  abstract void buildPartC();
      
     //返回產(chǎn)品對象
       public  Product getResult() {
              return  product;
       }
}

在建造者模式的結(jié)構(gòu)中還引入了一個指揮者類Director，該類主要有兩個作用：一方面它隔離了客戶與創(chuàng)建過程；另一方面它控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程，包括某個buildPartX()方法是否被調(diào)用以及多個buildPartX()方法調(diào)用的先后次序等。指揮者針對抽象建造者編程，客戶端只需要知道具體建造者的類型，即可通過指揮者類調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個完整的產(chǎn)品對象。在實際生活中也存在類似指揮者一樣的角色，如一個客戶去購買電腦，電腦銷售人員相當于指揮者，只要客戶確定電腦的類型，電腦銷售人員可以通知電腦組裝人員給客戶組裝一臺電腦。指揮者類的代碼示例如下：

class Director {
       private  Builder builder;
      
       public  Director(Builder builder) {
              this.builder=builder;
       }
      
       public  void setBuilder(Builder builder) {
              this.builder=builer;
       }
      
     //產(chǎn)品構(gòu)建與組裝方法
       public Product construct() {
              builder.buildPartA();
              builder.buildPartB();
              builder.buildPartC();
              return builder.getResult();
       }
}

在指揮者類中可以注入一個抽象建造者類型的對象，其核心在于提供了一個建造方法construct()，在該方法中調(diào)用了builder對象的構(gòu)造部件的方法，最后返回一個產(chǎn)品對象。

對于客戶端而言，只需關(guān)心具體的建造者即可，一般情況下，客戶端類代碼片段如下所示：

Builder  builder = new ConcreteBuilder(); //可通過配置文件實現(xiàn)
Director director = new  Director(builder);
Product product = director.construct();

建造者模式與抽象工廠模式的比較

建造者模式與抽象工廠模式有點相似，但是建造者模式返回一個完整的復(fù)雜產(chǎn)品，而抽象工廠模式返回一系列相關(guān)的產(chǎn)品；在抽象工廠模式中，客戶端通過選擇具體工廠來生成所需對象，而在建造者模式中，客戶端通過指定具體建造者類型并指導(dǎo)Director類如何去生成對象，側(cè)重于一步步構(gòu)造一個復(fù)雜對象，然后將結(jié)果返回。如果將抽象工廠模式看成一個汽車配件生產(chǎn)廠，生成不同類型的汽車配件，那么建造者模式就是一個汽車組裝廠，通過對配件進行組裝返回一輛完整的汽車。

關(guān)于Director的進一步討論

指揮者類Director在建造者模式中扮演非常重要的作用，簡單的Director類用于指導(dǎo)具體建造者如何構(gòu)建產(chǎn)品，它按一定次序調(diào)用Builder的buildPartX()方法，控制調(diào)用的先后次序，并向客戶端返回一個完整的產(chǎn)品對象。下面我們討論幾種Director的高級應(yīng)用方式：

1.省略Director

在有些情況下，為了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以將Director和抽象建造者Builder進行合并，在Builder中提供逐步構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品對象的construct()方法。由于Builder類通常為抽象類，因此可以將construct()方法定義為靜態(tài)(static)方法。

class Builder {
      //創(chuàng)建產(chǎn)品對象
       protected  Product product=new Product();
      
       public  abstract void buildPartA();
       public  abstract void buildPartB();
       public  abstract void buildPartC();
      
      //返回產(chǎn)品對象
       public  Product getResult() {
              return  product;
       }
       
       // Build中增加construct方法，代替Director中的construct方法
       public static Product construct(Builder builder) {
              builder.buildPartA();
              builder.buildPartB();
              builder.buildPartC();
              return builder.getResult();
       }
}

客戶端類代碼片段如下所示：

Builder  builder = new ConcreteBuilder(); //可通過配置文件實現(xiàn)
Product product = builder.construct(builder);

除此之外，還有一種更簡單的處理方法，可以將construct()方法的參數(shù)去掉，直接在construct()方法中調(diào)用buildPartX()方法。

2.鉤子方法的引入

建造者模式除了逐步構(gòu)建一個復(fù)雜產(chǎn)品對象外，還可以通過Director類來更加精細地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程，例如增加一類稱之為鉤子方法(HookMethod)的特殊方法來控制是否對某個buildPartX()的調(diào)用。鉤子方法的返回類型通常為boolean類型，方法名一般為isXXX()，鉤子方法定義在抽象建造者類中。

總結(jié)

優(yōu)點

• 在建造者模式中，客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細節(jié)，將產(chǎn)品本身與產(chǎn)品的創(chuàng)建過程解耦，使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對象。
• 每一個具體建造者都相對獨立，而與其他的具體建造者無關(guān)，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者，用戶使用不同的具體建造者即可得到不同的產(chǎn)品對象。由于指揮者類針對抽象建造者編程，增加新的具體建造者無須修改原有類庫的代碼，系統(tǒng)擴展方便，符合“開閉原則”
• 可以更加精細地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程。將復(fù)雜產(chǎn)品的創(chuàng)建步驟分解在不同的方法中，使得創(chuàng)建過程更加清晰，也更方便使用程序來控制創(chuàng)建過程。

缺點

• 建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點，其組成部分相似，如果產(chǎn)品之間的差異性很大，例如很多組成部分都不相同，不適合使用建造者模式，因此其使用范圍受到一定的限制。
• 如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復(fù)雜，可能會導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類來實現(xiàn)這種變化，導(dǎo)致系統(tǒng)變得很龐大，增加系統(tǒng)的理解難度和運行成本。

適用場景

• 需要生成的產(chǎn)品對象有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)品對象通常包含多個成員屬性。
• 需要生成的產(chǎn)品對象的屬性相互依賴，需要指定其生成順序。
• 對象的創(chuàng)建過程獨立于創(chuàng)建該對象的類。在建造者模式中通過引入了指揮者類，將創(chuàng)建過程封裝在指揮者類中，而不在建造者類和客戶類中。
• 隔離復(fù)雜對象的創(chuàng)建和使用，并使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品。