建造者模式(Builder Pattern)
基本介绍
- 建造者模式（Builder Pattern） 又叫生成器模式，是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现（属性）的对象。
- 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。
建造模式的本质
- 分离了对象子组件的单独构造(由Builder来负责)和装配(由Director负责)。 从而可以构造出复杂的对象。这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况下使用。
- 由于实现了构建和装配的解耦。不同的构建器，相同的装配，也可以做出不同的对象；相同的构建器，不同的装配顺序也可以做出不同的对象。也就是实现了构建算法、装配算法的解耦，实现了更好的复用。
建造者模式的四个角色
- Product（产品角色）： 一个具体的产品对象。
- Builder（抽象建造者）： 创建一个 Product 对象的各个部件指定的 接口/抽象类。（只构建各个组成部分，不实现具体细节）
- ConcreteBuilder（具体建造者）： 实现接口，构建和装配各个部件。
- Director（指挥者）： 构建一个使用 Builder 接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。
建造者模式原理类图
面向抽象编程
在设计模式当中，很多并不是面上实际和细节编程，而是面向抽象编程。
面向抽象编程常用的两种方式是抽象类和接口，为了深入理解，下面的盖房子实例采用两种建造者模式实现盖房子需求。（抽象类实现建造者模式、接口实现建造者模式）
实例演示
以修建房子为例，理解建造者模式。
传统方式实现盖房子
这里的传统方式先使用抽象类实现。
UML图解
代码实现
//抽象房子
public abstract class AbstractHouse {
//打地基
public abstract void buildBasic();
//砌墙
public abstract void buildWalls();
//封顶
public abstract void roofed();
public void build() {
buildBasic();
buildWalls();
roofed();
}
}
//建造普通房子
public class CommonHouse extends AbstractHouse {
@Override
public void buildBasic() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(" 普通房子打地基 ");
}
@Override
public void buildWalls() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(" 普通房子砌墙 ");
}
@Override
public void roofed() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println(" 普通房子封顶 ");
}
}
//客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
commonHouse.build();
}
}
分析
优点
比较好理解，简单易操作。
缺点
设计的程序结构，过于简单，没有设计缓存层对象，程序的扩展和维护不好. 也就是说，这种设计方案，把产品(即：房子) 和 创建产品的过程(即：建房子流程) 封装在一起，耦合性增强了。
改进
将产品和产品建造过程解耦 => 建造者模式.
建造者模式实现盖房子
方式一：采用抽象类实现建造者模式
UML类图
代码实现
产品（House）
定义房子实例
每一个属性可以代表产品（房子的一个部分），属性（部分）也可以建造成类的对象
@Data
public class House {
private String baise;
private String wall;
private String roofed;
}
抽象建造者（HouseBuilder）
定义建造房子配件（组成部分），但不指定各部分具体细节
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public abstract class HouseBuilder {
protected House house = new House();
//将建造的流程写好, 抽象的方法
public abstract void buildBasic();
public abstract void buildWalls();
public abstract void roofed();
//建造房子 将产品(房子) 返回
public House buildHouse() {
return house;
}
}
具体建造者（CommonHouseBuilder和HighBuildingBuilder）
定义具体的建造者（普通房子建造者和高楼建造者），构建和装配建造房子的各个配件（地基、砌墙、封顶）
public class CommonHouseBuilder extends HouseBuilder {
@Override
public void buildBasic() {
house.setBaise("地基5米");
System.out.println(" 普通房子打地基5米 ");
}
@Override
public void buildWalls() {
house.setWall("砌墙10cm");
System.out.println(" 普通房子砌墙10cm ");
}
@Override
public void roofed() {
house.setRoofed("普通屋顶");
System.out.println(" 普通房子屋顶 ");
}
}
public class HighBuildingBuilder extends HouseBuilder {
@Override
public void buildBasic() {
house.setBaise("地基100米");
System.out.println(" 高楼的打地基100米 ");
}
@Override
public void buildWalls() {
house.setWall("砌墙20cm");
System.out.println(" 高楼的砌墙20cm ");
}
@Override
public void roofed() {
house.setRoofed("透明屋顶");
System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");
}
}
指挥者（HouseDirector）
定义指挥者，处理建造房子的流程和步骤（先打地基、再砌墙，最后封顶），并调用抽象建造者，返回产品。
//指挥者，这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {
HouseBuilder houseBuilder = null;
//构造器传入 houseBuilder
public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
this.houseBuilder = houseBuilder;
}
//通过setter 传入 houseBuilder
public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
this.houseBuilder = houseBuilder;
}
//如何处理建造房子的流程，交给指挥者
public House constructHouse() {
houseBuilder.buildBasic();
houseBuilder.buildWalls();
houseBuilder.roofed();
return houseBuilder.buildHouse();
}
}
客户端使用
创建指挥者，调用抽象建造者（需实现具体建造者）建造房子，返回产品（房子）
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//盖普通房子
HouseBuilder commonHouseBuilder=new CommonHouseBuilder();
//准备创建房子的指挥者
HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouseBuilder);
//完成盖房子，返回产品(普通房子)
House commonHouse = houseDirector.constructHouse();
System.out.println("普通房子："+commonHouse);
System.out.println("--------------------------");
//盖高楼
HouseBuilder highHouseBuilder = new HighBuildingBuilder();
//重置建造者
houseDirector.setHouseBuilder(highHouseBuilder);
//完成盖房子，返回产品(高楼)
House highHouse = houseDirector.constructHouse();
System.out.println("高楼："+highHouse);
}
}
方式二：采用抽象类实现建造者模式
UML类图
代码实现
产品（House）
定义房子实例
每一个属性可以代表产品（房子的一个部分），属性（部分）也可以建造成类的对象
@Data
public class House {
private String baise;
private String wall;
private String roofed;
}
抽象建造者（HouseBuilder）
定义建造房子配件（组成部分），但不指定各部分具体细节
public interface HouseBuilder {
/** 地基 */
void buildBasic();
/** 墙 */
void buildWalls();
/** 屋顶 */
void roofed();
/** 部件组成对象 */
House getHouse();
}
具体建造者（CommonHouseBuilderImpl和HighBuildingBuilderImpl）
定义具体的建造者（普通房子建造者和高楼建造者），构建和装配建造房子的各个配件（地基、砌墙、封顶）
public class CommonHouseBuilderImpl implements HouseBuilder {
House commonHouse = new House();
@Override
public void buildBasic() {
commonHouse.setBaise("地基5米");
System.out.println(" 普通房子打地基5米 ");
}
@Override
public void buildWalls() {
commonHouse.setWall("砌墙10cm");
System.out.println(" 普通房子砌墙10cm ");
}
@Override
public void roofed() {
commonHouse.setRoofed("普通屋顶");
System.out.println(" 普通房子屋顶 ");
}
@Override
public House getHouse () {
return commonHouse;
}
}
public class HighHouseBuilderImpl implements HouseBuilder {
House highHouse = new House();
@Override
public void buildBasic () {
highHouse.setBaise("地基100米");
System.out.println(" 高楼的打地基100米 ");
}
@Override
public void buildWalls () {
highHouse.setWall("砌墙20cm");
System.out.println(" 高楼的砌墙20cm ");
}
@Override
public void roofed () {
highHouse.setRoofed("透明屋顶");
System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");
}
@Override
public House getHouse () {
return highHouse;
}
}
指挥者（HouseDirector）
定义指挥者，处理建造房子的流程和步骤（先打地基、再砌墙，最后封顶），并调用抽象建造者，返回产品。
可以将指挥者也抽象化，不同的产品可能拥有不同的组装流程，可以使用不同的指挥者的具体实现。
盖房子的这里采用相同的流程，所以只实现一个流程
public interface HouseDirector {
/** 修建房子的流程，返回产品对象 */
House constructHouse();
}
public class HouseDirectorImpl implements HouseDirector {
private HouseBuilder houseBuilder;
HouseDirectorImpl(HouseBuilder houseBuilder){
this.houseBuilder=houseBuilder;
}
@Override
public House constructHouse () {
houseBuilder.buildBasic();
houseBuilder.buildWalls();
houseBuilder.roofed();
return houseBuilder.getHouse();
}
}
客户端使用
创建指挥者，调用抽象建造者（需实现具体建造者）建造房子，返回产品（房子）
public static void main ( String[] args ) {
//修建普通房子
//构建抽象建造者（需实现具体建造者）
HouseBuilder commonHouseBuilder=new CommonHouseBuilderImpl();
//构建指挥者
HouseDirector commonHouseDirector=new HouseDirectorImpl(commonHouseBuilder);
//指挥者定义房子的建造流程，并返回产品（房子）
House commonHouse=commonHouseDirector.constructHouse();
System.out.println("普通房子："+commonHouse);
System.out.println("-----------------");
HouseBuilder highHouseBuilder=new HighHouseBuilderImpl();
//构建指挥者
HouseDirector highHouseDirector=new HouseDirectorImpl(highHouseBuilder);
//指挥者定义房子的建造流程，并返回产品（房子）
House highHouse=commonHouseDirector.constructHouse();
System.out.println("普通房子："+highHouse);
}
程序结果
无论采用抽象类还是接口，最终都可以实现建造者模式。
程序执行结果：
普通房子打地基5米
普通房子砌墙10cm
普通房子屋顶
普通房子：House{baise='地基5米', wall='砌墙10cm', roofed='普通屋顶'}
-----------------
普通房子打地基5米
普通房子砌墙10cm
普通房子屋顶
普通房子：House{baise='地基5米', wall='砌墙10cm', roofed='普通屋顶'}
建造者模式的注意事项和细节
-
客户端(使用程序)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，因此在这种情况下，要考虑是否选择建造者模式.
抽象工厂模式 VS 建造者模式
抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。
而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品
