构造者模式

在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象，这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。例如，计算机是由 OPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。

生活中这样的例子很多，如游戏中的不同角色，其性别、个性、能力、脸型、体型、服装、发型等特性都有所差异；还有汽车中的方向盘、发动机、车架、轮胎等部件也多种多样；每封电子邮件的发件人、收件人、主题、内容、附件等内容也各不相同。

以上所有这些产品都是由多个部件构成的，各个部件可以灵活选择，但其创建步骤都大同小异。这类产品的创建无法用前面介绍的工厂模式描述，只有建造者模式可以很好地描述该类产品的创建。

模式的定义与特点

建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。

该模式的主要优点如下：

1. 各个具体的建造者相互独立，有利于系统的扩展。
2. 客户端不必知道产品内部组成的细节，便于控制细节风险。

其缺点如下：

1. 产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
2. 如果产品的内部变化复杂，该模式会增加很多的建造者类。

建造者（Builder）模式和工厂模式的关注点不同：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的创建过程，但两者可以结合使用。

模式的结构与实现

建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成，现在我们来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

建造者（Builder）模式的主要角色如下。

1. 产品角色（Product）：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滅部件。
2. 抽象建造者（Builder）：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()。
3. 具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
4. 指挥者（Director）：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。

其结构图如图 1 所示。

图1 建造者模式的结构图

2. 模式的实现

图 1 给出了建造者（Builder）模式的主要结构，其相关类的代码如下。

(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。

1. class Product
2. {
3. private String partA;
4. private String partB;
5. private String partC;
6. public void setPartA(String partA)
7. {
8. this.partA=partA;
9. }
10. public void setPartB(String partB)
11. {
12. this.partB=partB;
13. }
14. public void setPartC(String partC)
15. {
16. this.partC=partC;
17. }
18. public void show()
19. {
20. //显示产品的特性
21. }
22. }

(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。

1. abstract class Builder
2. {
3. //创建产品对象
4. protected Product product=new Product();
5. public abstract void buildPartA();
6. public abstract void buildPartB();
7. public abstract void buildPartC();
8. //返回产品对象
9. public Product getResult()
10. {
11. return product;
12. }
13. }

(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。

1. public class ConcreteBuilder extends Builder
2. {
3. public void buildPartA()
4. {
5. product.setPartA("建造 PartA");
6. }
7. public void buildPartB()
8. {
9. product.setPartA("建造 PartB");
10. }
11. public void buildPartC()
12. {
13. product.setPartA("建造 PartC");
14. }
15. }

(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

1. class Director
2. {
3. private Builder builder;
4. public Director(Builder builder)
5. {
6. this.builder=builder;
7. }
8. //产品构建与组装方法
9. public Product construct()
10. {
11. builder.buildPartA();
12. builder.buildPartB();
13. builder.buildPartC();
14. return builder.getResult();
15. }
16. }

(5) 客户类。

1. public class Client
2. {
3. public static void main(String[] args)
4. {
5. Builder builder=new ConcreteBuilder();
6. Director director=new Director(builder);
7. Product product=director.construct();
8. product.show();
9. }
10. }

 

模式的应用场景

建造者（Builder）模式创建的是复杂对象，其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一起的算法却相对稳定，所以它通常在以下场合使用。

• 创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
• 创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

模式的扩展

建造者（Builder）模式在应用过程中可以根据需要改变，如果创建的产品种类只有一种，只需要一个具体建造者，这时可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指挥者角色。