设计模式01 创建型模式

参考

建造者模式（Builder Pattern）

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。

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。

组成

Builder	为创建一个Product对象的各个部件指定的抽象接口
ConcreteBuilder	实现Builder接口，构造和装配Product产品的各个部件；定义并明确所创建的表示；提供一个获取Product的接口。
Director	构造一个使用Builder接口对象
Product	被构造的复杂对象；由ConcreteBuilder内部表示和定义它的装配过程；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

[参考1~2]：建造者模式用于创建的Product对象，由其他多个对象组成。

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

1) 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。

2) 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。

3) 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

1) 不适合包含同类别子对象的Product创建，如组合模式；

2) 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

Figure1 Builder Pattern通用类图

demo

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。

[参考1] 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.

Figure2 Client创建Robot过程

Figure3 demo的UML类图

代码

1. 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;
    }

}

5. 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();
    }
}

6. RobotBuilderDemo(Client)测试例程

1) 第一步是创建RobotBuilder具体对象

2) 第二步是创建Director RobotEngineer，用于指导构建Robot

3) 第三步是制造/组装Robot

4) 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());
    }
}

7. 运行结果

总结

1. 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)