创建型模式-构建者模式(生成器模式)

构建者模式为客户返回一个由多个部件组成的复杂产品。

一、构建者模式相关定义

1).定义

1. 构建者模式（Builder Pattern）：将一个复杂对象的构建雨它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
2. 复杂对象: 包含多个成员属性的对象。

构建者模式.png

2).角色

1. Builder（抽象建造者）：它为创建一个产品Product对象的各个部件指定抽象接口，在该接口中一般声明两类方法，一类方法是buildPartX()，它们用于创建复杂对象的各个部件；另一类方法是getResult()，它们用于返回复杂对象。Builder既可以是抽象类，也可以是接口。
2. ConcreteBuilder（具体建造者）：它实现了Builder接口，实现各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确它所创建的复杂对象，也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。
3. Product（产品角色）：它是被构建的复杂对象，包含多个组成部件，具体建造者创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。
4. Director（指挥者）：指挥者又称为导演类，它负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在其build()建造方法中调用建造者对象的部件构造与装配方法，完成复杂对象的建造。客户端一般只需要与指挥者进行交互，在客户端确定具体建造者的类型，并实例化具体建造者对象（也可以通过配置文件和反射机制），然后通过指挥者类的构造函数或者Setter方法将该对象传入指挥者类中。

二、构建者模式案例

1. 使用构建者模式实现游戏角色的创建。

构建者模式游戏角色.png

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.ToString;

/**
 * 角色类
 */
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
@ToString
class Actor {
    // 角色类型
    private String type;
    // 性别
    private String sex;
    // 脸型
    private String face;
    // 服装
    private String costume;
    // 发型
    private String hairstyle;
}

/**
 * 角色建造器：建造者抽象类
 * （如果此处使用接口，actor为静态成员变量，
 * 所有实现此接口将使用同一个actor对象，最终的actor为同一个对象）
 */
abstract class ActorBuilder {
    public Actor actor = new Actor();

    public abstract void buildType();
    public abstract void buildSex();
    public abstract void buildFace();
    public abstract void buildCostume();
    public abstract void buildHairstyle();

    // 工厂方法，返回一个完整的游戏角色对象
    public Actor getActor() {
        return actor;
    }

    /* 钩子方法：可以在 Director 或者 具体的构建者中进行精细控制
       钩子方法的返回类型通常为boolean类型，方法名一般为isXXX()，
       钩子方法定义在抽象建造者类中。
    */
    public boolean isBareheaded() {
        // 判断是否为光头，默认不是
        return false;
    }

    // 【推荐】为了简化系统结构，可以将Director和构建者接口进行合并
    // 不足：加重了建造者的职责，不符合单一职责原则
    public Actor build() {
        this.buildType();
        this.buildSex();
        this.buildFace();
        this.buildCostume();
        // 再次使用钩子函数进行精细控制【子类是否覆盖】
        if (!this.isBareheaded()) {
            this.buildHairstyle();
        }
        return actor;
    }

}

/**
 * 英雄角色构建器：具体构建者
 */
class HeroBuilder extends ActorBuilder {

    @Override
    public void buildType() { actor.setType("英雄"); }

    @Override
    public void buildSex() { actor.setSex("男"); }

    @Override
    public void buildFace() { actor.setFace("英俊"); }

    @Override
    public void buildCostume() { actor.setCostume("盔甲"); }

    @Override
    public void buildHairstyle() { actor.setHairstyle("飘逸"); }
}

/**
 * 天使角色构建器：具体建造者
 */
class AngelBuilder extends ActorBuilder {

    @Override
    public void buildType() { actor.setType("天使"); }

    @Override
    public void buildSex() { actor.setSex("女"); }

    @Override
    public void buildFace() { actor.setFace("漂亮"); }

    @Override
    public void buildCostume() { actor.setCostume("白裙"); }

    @Override
    public void buildHairstyle() { actor.setHairstyle("披肩长发"); }
}

/**
 * 恶魔角色构建器：具体建造者
 */
class DevilBuilder extends ActorBuilder {

    @Override
    public void buildType() { actor.setType("恶魔"); }

    @Override
    public void buildSex() { actor.setSex("妖"); }

    @Override
    public void buildFace() { actor.setFace("丑陋"); }

    @Override
    public void buildCostume() { actor.setCostume("黑衣"); }

    @Override
    public void buildHairstyle() { actor.setHairstyle("光头"); }

    // 恶魔角色无需构建头发部分，可以覆盖接口中默认的抽象钩子方法
    @Override
    public boolean isBareheaded() {
        return true;
    }
}

/**
 * 游戏角色创建控制器：指挥者
 */
class Director {

    public Actor build(ActorBuilder builder) {
        builder.buildType();
        builder.buildSex();
        builder.buildFace();
        builder.buildCostume();

        // 再次使用钩子函数进行判断
        if (!builder.isBareheaded()) {
            builder.buildHairstyle();
        }
        return builder.getActor();
    }
}

/**
 * @author Liucheng
 * @since 2019-07-10
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        /* 为了提高系统的灵活性和可扩展性，建议将具体的构建者配置在配置文件中，
        使用XMLUtil进行读取解析，这里为了使用方便，直接创建
         */
        ActorBuilder builder = new AngelBuilder();
        Director director = new Director();
        Actor actor = director.build(builder);
        System.out.println(actor);

        // 使用整合的方式【推荐】
        ActorBuilder builder1 = new HeroBuilder();
        Actor hero = builder1.build();
        System.out.println(hero);

        ActorBuilder devilBuilder = new DevilBuilder();
        Actor devil = devilBuilder.build();
        System.out.println(devil);


        System.out.println(devil == hero);
    }
}

三、构建者模式总结

建造者模式的核心在于如何一步步构建一个包含多个组成部件的完整对象，使用相同的构建过程构建不同的产品，在软件开发中，如果我们需要创建复杂对象并希望系统具备很好的灵活性和可扩展性可以考虑使用建造者模式。

1).主要优点

1. 在建造者模式中，客户端不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
2. 每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象。由于指挥者类针对抽象建造者编程，增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，系统扩展方便，符合“开闭原则”
3. 可以更加精细地控制产品的创建过程。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。

2).主要缺点

1. 建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，例如很多组成部分都不相同，不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
2. 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大，增加系统的理解难度和运行成本。

3).适用场景

1. 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员属性。
2. 需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序。
3. 对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中通过引入了指挥者类，将创建过程封装在指挥者类中，而不在建造者类和客户类中。
4. 隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。