设计模式之创建者模式

模式动机：

       无论是在现实世界中还是在软件系统中，都存在一些复杂的对象，它们拥有多个组成部分，如汽车，它包括车轮、方向盘、发送机等各种部件。而对于大多数用户而言，无须知道这些部件的装配细节，也几乎不会使用单独某个部件，而是使用一辆完整的汽车，可以通过建造者模式对其进行设计与描述，建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。

   

        在软件开发中，也存在大量类似汽车一样的复杂对象，它们拥有一系列成员属性，这些成员属性中有些是引用类型的成员对象。而且在这些复杂对象中，还可能存在一些限制条件，如某些属性没有赋值则复杂对象不能作为一个完整的产品使用；有些属性的赋值必须按照某个顺序，一个属性没有赋值之前，另一个属性可能无法赋值等。

       复杂对象相当于一辆有待建造的汽车，而对象的属性相当于汽车的部件，建造产品的过程就相当于组合部件的过程。由于组合部件的过程很复杂，因此，这些部件的组合过程往往被“外部化”到一个称作建造者的对象里，建造者返还给客户端的是一个已经建造完毕的完整产品对象，而用户无须关心该对象所包含的属性以及它们的组装方式，这就是建造者模式的模式动机。 

模式定义：

       建造者模式(Builder Pattern)：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。建造者模式属于对象创建型模式。根据中文翻译的不同，建造者模式又可以称为生成器模式。

      Builder Pattern: Separate the construction of acomplex object  from its representation so that thesame construction process can createdifferent  representations. 

模式结构：

   

 建造者模式包含如下角色：

    •Builder：抽象建造者

    •ConcreteBuilder：具体建造者

    •Director：指挥者

    •Product：产品角色

模式分析：

   一个典型的复杂对象其类代码示例如下：

  

public class Product

{

  privateStringpartA; //可以是任意类型

 privateStringpartB;

  privateStringpartC;

  //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

}

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： 

publicabstract class Builder

{

  protected Product product=new Product();

 

  public abstract voidbuildPartA();

  public abstract voidbuildPartB();

  public abstract voidbuildPartC();

 

  public ProductgetResult()

  {

  return product;

  }

} 

        建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director，该类的作用主要有两个：一方面它隔离了客户与生产过程；另一方面它负责控制产品的生成过程。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。

  

指挥者类的代码示例如下： 

  

publicclass Director

{

  private Builderbuilder;

 

  public Director(Builder builder)

  {

 this.builder=builder;

  }

 

  public voidsetBuilder(Builder builder)

  {

 this.builder=builer;

  }

 

  public Product construct()

  {

 builder.buildPartA();

 builder.buildPartB();

 builder.buildPartC();

  returnbuilder.getResult();

  }

} 

 客户端类代码片段： 

Builderbuilder = new ConcreteBuilder();

Directordirector = new Director(builder);

Productproduct = director.construct();

    在客户端代码中，无须关心产品对象的具体组装过程，只需确定具体建造者的类型即可，建造者模式将复杂对象的构建与对象的

表现分离开来，这样使得同样的构建过程可以创建出不同的表现。 

建造者模式实例与解析：

   

    实例：KFC套餐

         •建造者模式可以用于描述KFC如何创建套餐：套餐是一个复杂对象，它一般包含主食（如汉堡、鸡肉卷等）和饮料（如果汁、可乐等）等组成部分，不同的套餐有不同的组成部分，而KFC的服务员可以根据顾客的要求，一步一步装配这些组成部分，构造一份完整的套餐，然后返回给顾客。

 

模式优缺点：

   

   建造者模式的优点：

     

    •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。

    •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。

    •增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合“开闭原则”。

    

   建造者模式的缺点如下：

    

    •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，则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。

  模式适用环境：

    在以下情况下可以使用建造者模式：

    •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。

模式应用:

   (1) JavaMail（一步一步构造一个完整的邮件对象，然后发送）

   

……

//由邮件会话对象新建一个邮件消息对象

MimeMessage message=new MimeMessage(session);

//设置邮件地址

InternetAddress from=new InternetAddress("[e-mail]");

message.setFrom(from);//设置发件人

InternetAddress to=new InternetAddress(to_mail);

message.setRecipient(Message.RecipientType.TO,to);//设置收件人，并设置其接收类型为TO

message.setSubject(to_title);//设置主题

message.setText(to_content);//设置信件内容

message.setSentDate(newDate());//设置发信时间

message.saveChanges();//存储邮件信息

Transporttransport=session.getTransport("smtp");

transport.connect("smtp.test.com","test","test");

transport.sendMessage(message,message.getAllRecipients());

…… 

 (2) 在很多游戏软件中，地图包括天空、地面、背景等组成部分，人物角色包括人体、服装、装备等组成部分，可以使用建造者模式对其进行设计，通过不同的具体建造者创建不同类型的地图或人物。 

建造者模式的简化

  •省略抽象建造者角色：如果系统中只需要一个具体建造者的话，可以省略掉抽象建造者。

   •省略指挥者角色：在具体建造者只有一个的情况下，如果抽象建造者角色已经被省略掉，那么还可以省略指挥者角色，让Builder角色扮演指挥者与建造者双重角色。

建造者模式与抽象工厂模式的比较

      •与抽象工厂模式相比，建造者模式返回一个组装好的完整产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成了一个产品族。

       在抽象工厂模式中，客户端实例化工厂类，然后调用工厂方法获取所需产品对象，而在建造者模式中，客户端可以不直接调用建造者的相关方法，而是通过指挥者类来指导如何生成对象，包括对象的组装过程和建造步骤，它侧重于一步步构造一个复杂对象，返回一个完整的对象