【设计模式】建造者模式（生成器模式）

建造者模式（生成器模式）

介绍

没有人买车会只买一个轮胎或者方向盘，大家买的都是一辆包含轮胎、方向盘和发动机等多个部件的完整汽车。如何将这些部件组装成一辆完整的汽车并返回给用户，这是建造者模式需要解决的问题。建造者模式又称为生成器模式，它是一种较为复杂、使用频率也相对较低的创建型模式。建造者模式为客户端返回的不是一个简单的产品，而是一个由多个部件组成的复杂产品。

建造者模式是较为复杂的创建型模式，它将客户端与包含多个组成部分（或部件）的复杂对象的创建过程分离，客户端无须知道复杂对象的内部组成部分与装配方式，只需要知道所需建造者的类型即可。它关注如何一步一步创建一个的复杂对象，不同的具体建造者定义了不同的创建过程，且具体建造者相互独立，增加新的建造者非常方便，无须修改已有代码，系统具有较好的扩展性。

定义

将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式是一种对象创建型模式。

UML类图

角色

• 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。
• 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。
• 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。
• 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construct()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。

demo代码

在建造者模式的定义中提到了复杂对象，那么什么是复杂对象？简单来说，复杂对象是指那些包含多个成员属性的对象，这些成员属性也称为部件或零件，如汽车包括方向盘、发动机、轮胎等部件，电子邮件包括发件人、收件人、主题、内容、附件等部件，一个典型的复杂对象类代码示例如下：

class Product  {
       private  String partA; //定义部件，部件可以是任意类型，包括值类型和引用类型
       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
}

在抽象建造者类中定义了产品的创建方法和返回方法，其典型代码如下：

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;
       }
}

在建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director，该类主要有两个作用：一方面它隔离了客户与创建过程；另一方面它控制产品的创建过程，包括某个buildPartX()方法是否被调用以及多个buildPartX()方法调用的先后次序等。指挥者针对抽象建造者编程，客户端只需要知道具体建造者的类型，即可通过指挥者类调用建造者的相关方法，返回一个完整的产品对象。在实际生活中也存在类似指挥者一样的角色，如一个客户去购买电脑，电脑销售人员相当于指挥者，只要客户确定电脑的类型，电脑销售人员可以通知电脑组装人员给客户组装一台电脑。指挥者类的代码示例如下：

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

在指挥者类中可以注入一个抽象建造者类型的对象，其核心在于提供了一个建造方法construct()，在该方法中调用了builder对象的构造部件的方法，最后返回一个产品对象。

对于客户端而言，只需关心具体的建造者即可，一般情况下，客户端类代码片段如下所示：

Builder  builder = new ConcreteBuilder(); //可通过配置文件实现
Director director = new  Director(builder);
Product product = director.construct();

建造者模式与抽象工厂模式的比较

建造者模式与抽象工厂模式有点相似，但是建造者模式返回一个完整的复杂产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品；在抽象工厂模式中，客户端通过选择具体工厂来生成所需对象，而在建造者模式中，客户端通过指定具体建造者类型并指导Director类如何去生成对象，侧重于一步步构造一个复杂对象，然后将结果返回。如果将抽象工厂模式看成一个汽车配件生产厂，生成不同类型的汽车配件，那么建造者模式就是一个汽车组装厂，通过对配件进行组装返回一辆完整的汽车。

关于Director的进一步讨论

指挥者类Director在建造者模式中扮演非常重要的作用，简单的Director类用于指导具体建造者如何构建产品，它按一定次序调用Builder的buildPartX()方法，控制调用的先后次序，并向客户端返回一个完整的产品对象。下面我们讨论几种Director的高级应用方式：

1.省略Director

在有些情况下，为了简化系统结构，可以将Director和抽象建造者Builder进行合并，在Builder中提供逐步构建复杂产品对象的construct()方法。由于Builder类通常为抽象类，因此可以将construct()方法定义为静态(static)方法。

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;
       }
       
       // 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();
       }
}

客户端类代码片段如下所示：

Builder  builder = new ConcreteBuilder(); //可通过配置文件实现
Product product = builder.construct(builder);

除此之外，还有一种更简单的处理方法，可以将construct()方法的参数去掉，直接在construct()方法中调用buildPartX()方法。

2.钩子方法的引入

建造者模式除了逐步构建一个复杂产品对象外，还可以通过Director类来更加精细地控制产品的创建过程，例如增加一类称之为钩子方法(HookMethod)的特殊方法来控制是否对某个buildPartX()的调用。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。

总结

优点

• 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。
• 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”
• 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。

缺点

• 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。
• 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。

适用场景

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。