创建型模式 - 建造者模式(部件构造产品)
建造者模式（Builder Pattern）
简介
通常，在建造者Builder中包含多个不同的属性（基本类型或者别的类对象），这些属性由Builder的方法构建，由Director来组装出一种产品Product。 也就是说，Builder Pattern的目的是为了构建一个或多个Product，不同的构建过程可以表示不同Product。每一个Builder至少代表了一种不同属性的组合，以组装成产品。
意图
将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以不同的表示。
组成
| 组成部分 | 作用描述 |
|---|---|
| Builder | 为创建一个Product对象的各个部件指定的抽象接口 |
| ConcreteBuilder | 1）实现Builder接口，构造和装配Product产品的各个部件； 2）定义并明确所创建的表示； 3）提供一个获取Product的接口。 |
| Director | 构造一个使用Builder接口对象 |
| Product | 1）被构造的复杂对象； 2）由ConcreteBuilder内部表示和定义它的装配过程； 3）包含了组成部件/属性的类，包括将这些部件装配成最终产品的接口。 |
适用场景
建造者模式用于创建的Product对象，由其他多个对象组成。具体体现在：
1）当你想建造的对象由其他对象（称为部件）组成；
2）当你想这些组件的创建独立于主要对象；
3）隐藏来自client的部分的创建，以至于这部分和创建对象是相互独立的；
4）建造者知道细节，并且别人不知道；
通俗讲，当自己想创建的对象由多个其他类对象组成，并且希望自己创建的对象独立于其他对象的创建，用户不必知道创建这个对象的细节，只需要指定特定Builder来负责建造组件、Director负责何时组装以及如何组装即可。
特点
- 优点
- 分步构建一个复杂对象。Product通常由别的多个不同的子对象组成，builder提供构建接口和获取最终产品对象的接口。
- 支持多种构建表示。Builder模式封装了构建的过程，用户只需传入关心的参数和必须的参数，而不用关心复杂的构建过程，就能创建出不同的表示。
- 将部件的创建和部件的组装方式解耦，部件类型和部件装配方式互不影响。
- 缺点
- 不适合包含同类别子对象的Product创建，如组合模式；
- 当Product增加部件时，可能会导致Builder及其子类, Director的大量修改；
与工厂模式，抽象工厂比较
工厂模式：提供统一的抽象接口，让子类决定实例化哪一个类，使对象的初始化延迟到子类进行。
抽象工厂：为创建一组相关或者相互依赖的对象提供一个接口，而无需指定他们具体的类。
1. 建造者 vs 工厂模式
工厂模式通常只生产一种产品，而且产品之间没有必然联系。侧重于表示接口和Product之间的关系。
建造者模式可以产生一种或多种产品表示，不同的构建过程可以表示不同Product。侧重于用多个部件构建复杂产品表示的过程。
2. 建造者 vs 抽象工厂
抽象工厂往往产出多个Product，并且Product之间存在一定关联或依赖关系。每个具体Product要求用工厂来创建。抽象工厂的具体工厂生产产品，可以用Builder模式来创建。侧重于表示一组方案。
建造者模式通常产生1个产品，不同的构建过程有不同的Product表示。侧重于表示1个复杂产品的构建的过程。
通用类图
示例UML类图
下面这个例程跟网上流传的“造人”"造船"例程很像，能体现Builder模式的基本特点，“将对象的创建与表示分离”。但是有一个缺点，就是一个Builder只能生产一种产品对象，因为产品组件在Builder中的创建已经固化了，当需要添加一种对象时，就需要添加一种Builder。
Client要创建Robot，就需要通过RobotBuilder创建OldStyleRobotBuilder，然后再创建RobotEngineer（Robot工程师），在RobotEngineer通过RobotPlan（Robot设计）创建Robot对象。创建过程如Figure2.
Client创建Robot过程
demo的UML类图
示例实现代码
- 创建Robot接口RobotPlan，定义各属性设置的公共方法
RoboPlan.java
public interface RobotPlan {
public void setHead(String head);
public void setTorso(String torso);
public void setArms(String arms);
public void setLegs(String legs);
}
2.定义Robot，实现RobotPlan接口，这里的几个属性用String类型
Robot.java
public class Robot implements RobotPlan {
private String head;
private String torso;
private String arms;
private String legs;
@Override
public void setHead(String head) { this.head = head; }
public String getHead() { return head; }
@Override
public void setTorso(String torso) { this.torso = torso; }
public String getTorso() { return torso; }
@Override
public void setArms(String arms) { this.arms = arms; }
public String getArms() { return arms; }
@Override
public void setLegs(String legs) { this.legs = legs; }
public String getLegs() { return legs; }
}
3.定义Robot的Builder 接口RobotBuilder，声明构建Robot子对象/属性的公共方法，读取Robot的方法
RobotBuilder.java
public interface RobotBuilder {
public void buildHead();
public void buildTorso();
public void buildArms();
public void buildLegs();
public Robot getRobot();
}
4.定义OldStyleRobotBuilder，实现接口RobotBuilder，负责具体构建Robot的子对象/属性
OldStyleRobotBuilder.java
/* 将robot各子部件固化到builder中 */
public class OldStyleRobotBuilder implements RobotBuilder {
private Robot robot;
public OldStyleRobotBuilder(){
robot = new Robot();
}
@Override
public void buildHead() {
robot.setHead("Tin Head");
}
@Override
public void buildTorso() {
robot.setTorso("Tin Torso");
}
@Override
public void buildArms() {
robot.setArms("Blowtorch Arms");
}
@Override
public void buildLegs() {
robot.setLegs("Roller Legs");
}
@Override
public Robot getRobot() {
return robot;
}
}
- 定义Director RobotEngineer，指导RobotBuilder构建Robot
RobotEngineer.java
/* 指导RobotBuilder构建Robot*/
public class RobotEngineer {
private RobotBuilder robotBuilder;
public RobotEngineer (RobotBuilder robotBuilder){
this.robotBuilder = robotBuilder;
}
public void makeRobot(){
robotBuilder.buildHead();
robotBuilder.buildTorso();
robotBuilder.buildArms();
robotBuilder.buildLegs();
// 另外一种方式是在此处创建Robot, 然后将build构建的结果复制给Robot
}
public Robot getRobot(){
return robotBuilder.getRobot();
}
}
- RobotBuilderDemo(Client)测试例程
- 第一步是创建RobotBuilder具体对象
- 第二步是创建Director RobotEngineer，用于指导构建Robot
- 第三步是制造/组装Robot
- 第四步是测试组装的Robot属性
public class RobotBuilderDemo {
public static void main(String[] args){
RobotBuilder robotBuilder = new OldStyleRobotBuilder();
RobotEngineer robotEngineer = new RobotEngineer(robotBuilder);
robotEngineer.makeRobot();
Robot robot = robotEngineer.getRobot();
System.out.println("Robot build component:");
System.out.println("Robot Head: "+robot.getHead());
System.out.println("Robot Torso: "+robot.getTorso());
System.out.println("Robot Arms:"+robot.getArms());
System.out.println("Robot Legs:"+robot.getLegs());
}
}
运行结果
总结
- 产品的参数往往由外部Client来决定，因此可以将Builder中构建Product属性的方法设为由外部参数决定。
例如，public void buildHead(); 可修改为public void buildHead(String head)
