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【Java设计模式】建造者模式

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发表于 2020-1-23 17:55:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
✍ 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。
✍ 建造者模式的定义如下:

  • 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
✍ 建造者模式在使用的时候包含如下角色:

  • Builder:抽象建造者,它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口,通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
  • ConcreteBuilder:具体建造者,实现 Builder 接口,完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
  • Director:指挥者,它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建,在指挥者中不涉及具体产品的信息。
  • Product:产品角色,它是包含多个组成部件的复杂对象,由具体建造者来创建其各个部件。
我们来演示一下:
创建一个cake类(Product:产品角色)
  1. package softwareDesign.builder;public class Cake {    private String name;  //蛋糕名称    private String giftBox;  //蛋糕配套礼盒    private String taste;  //蛋糕味道    private String poster;  //蛋糕海报    //评价    private String evaluation;    public String getName() {        return name;    }    public String getGiftBox() {        return giftBox;    }    public String getTaste() {        return taste;    }    public String getPoster() {        return poster;    }    public String getEvaluation() {        return evaluation;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public void setGiftBox(String giftBox) {        this.giftBox = giftBox;    }    public void setTaste(String taste) {        this.taste = taste;    }    public void setPoster(String poster) {        this.poster = poster;    }    public void setEvaluation(String evaluation) {        this.evaluation = evaluation;    }    @Override    public String toString() {        return "Cake{" +                "name='" + name + '\'' +                ", giftBox='" + giftBox + '\'' +                ", taste='" + taste + '\'' +                ", poster='" + poster + '\'' +                ", evaluation='" + evaluation + '\'' +                '}';    }}
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创建一个建造的抽象类 ( Builder:抽象建造者)
  1. package softwareDesign.builder;public abstract class CakeBuilder {    public abstract void buildCakeName(String cakeName);    public abstract void buildCakeGiftBox(String cakeGiftBox);    public abstract void buildCakeTaste(String cakeTaste);    public abstract void buildCakePoster(String cakePoster);    public abstract void buildCakeEvaluation(String cakeEvaluation);    //制作蛋糕    public abstract Cake makeCake();}
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创建一个建造的实现类(ConcreteBuilder:具体建造者)
  1. package softwareDesign.builder;public class CakeActualBuilder extends CakeBuilder{    private Cake cake = new Cake();    @Override    public void buildCakeName(String cakeName) {        cake.setName(cakeName);    }    @Override    public void buildCakeGiftBox(String cakeGiftBox) {        cake.setGiftBox(cakeGiftBox);    }    @Override    public void buildCakeTaste(String cakeTaste) {        cake.setTaste(cakeTaste);    }    @Override    public void buildCakePoster(String cakePoster) {        cake.setPoster(cakePoster);    }    @Override    public void buildCakeEvaluation(String cakeEvaluation) {        cake.setEvaluation(cakeEvaluation);    }    @Override    public Cake makeCake() {        return cake;    }}
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创建一个生产者( Director:指挥者)
  1. package softwareDesign.builder;public class Employee {    private CakeBuilder cakeBuilder;    public void setCakeBuilder(CakeBuilder cakeBuilder) {        this.cakeBuilder = cakeBuilder;    }    public Cake makeCake(String cakeName, String cakeGiftBox, String cakeTaste, String cakePoster, String cakeEvaluation) {        this.cakeBuilder.buildCakeEvaluation(cakeEvaluation);        this.cakeBuilder.buildCakeName(cakeName);        this.cakeBuilder.buildCakeGiftBox(cakeGiftBox);        this.cakeBuilder.buildCakeTaste(cakeTaste);        this.cakeBuilder.buildCakePoster(cakePoster);        return this.cakeBuilder.makeCake();    }}
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看一下它的类图

添加Test.java
  1. package softwareDesign.builder;public class Test {    public static void main(String[] args) {        CakeBuilder cakeBuilder = new CakeActualBuilder();        Employee employee = new Employee();        employee.setCakeBuilder(cakeBuilder);        Cake cake = employee.makeCake("巧克力蛋糕","巧克力蛋糕礼盒"        ,"甜","巧克力蛋糕海报","好");        System.out.println(cake);    }}
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我们看一下类图:

根据蛋糕的不同 我们可以给Employee传入不同的信息
但是Employee并不是必须的
下面进行下一个版本:
演进版本具有很大的优势 而且应用广泛
Cake类中含有建造方法
  1. package softwareDesign.builder;public class Cake {    private String name;  //蛋糕名称    private String giftBox;  //蛋糕配套礼盒    private String taste;  //蛋糕味道    private String poster;  //蛋糕海报    //评价    private String evaluation;    //添加的内容    //这里通过过早期将cakeBuilder传进来 这里的this指的是cake    public Cake(CakeBuilder cakeBuilder) {        this.name = cakeBuilder.name;        this.giftBox = cakeBuilder.giftBox;        this.poster = cakeBuilder.poster;        this.evaluation = cakeBuilder.evaluation;        this.taste = cakeBuilder.taste;    }    @Override    public String toString() {        return "Cake{" +                "name='" + name + '\'' +                ", giftBox='" + giftBox + '\'' +                ", taste='" + taste + '\'' +                ", poster='" + poster + '\'' +                ", evaluation='" + evaluation + '\'' +                '}';    }    //添加静态内部类    public static class CakeBuilder {        private String name;  //蛋糕名称        private String giftBox;  //蛋糕配套礼盒        private String taste;  //蛋糕味道        private String poster;  //蛋糕海报        //评价        private String evaluation;        public CakeBuilder builderCakeName(String cakeName) {            this.name = cakeName;            return this;  //返回的是本身        }        public CakeBuilder builderCakePoster(String cakePoster) {            this.poster = cakePoster;            return this;        }        public CakeBuilder builderCakeGiftBox(String cakeGiftBox) {            this.giftBox= cakeGiftBox;            return this;        }        public CakeBuilder builderCakeTaste(String cakeTaste) {            this.taste = cakeTaste;            return this;        }        public CakeBuilder builderCakeEvaluation(String cakeEvaluation) {            this.evaluation = cakeEvaluation;            return this;        }        public Cake build(){            return new Cake(this);        }    }}
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测试
  1. package softwareDesign.builder;public class Test {    public static void main(String[] args) {        Cake cake = new Cake.CakeBuilder()                .builderCakeName("巧克力蛋糕")                .builderCakeEvaluation("好")                .builderCakeTaste("甜")                .builderCakePoster("巧克力蛋糕海报")                .builderCakeGiftBox("巧克力蛋糕礼盒").build();        System.out.println(cake);    }}
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结果;

UML类图:

Tes与CakeBuilder有着直接的关系 和Cake是间接的
这种演进版本的建造者模式  用途非常广泛 一定要好好掌握
这里我想提一下建造者模式的结构中引入的一个指挥者类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。
✍ 说一下它的优缺点吧
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。
✍ 它的适用场景很好理解:
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。
✍ 它的应用有JavaMail (一步一步构造一个完整的邮件对象,然后发送);还有在很多游戏软件中,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 。

✍ 建造者模式可以进行简化

  • 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。
✍ 上一篇文章,我们介绍了抽象工厂,趁热打铁,比较一下建造者模式与抽象工厂模式

  • 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。
  • 如果将抽象工厂模式看成汽车配件生产工厂,生产一个产品族的产品,那么建造者模式就是一个汽车组装工厂,通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。
                                                                                                                                       
                                                    
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