第六章·建造者模式

分类：菜鸟笔记作者：weixin_44143114

一、建造者模式概述

建造者模式：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。

二、建造者模式结构与实现

2.1 建造者模式结构

建造者模式包含以下4个角色：

  1. Builder（抽象建造者）：它为创建一个产品对象的各个部件指定抽象接口，在该接口中一般声明两类方法，一类方法是buildPartX()，它们用于创建复杂对象的各个部件；另一类方法是getResult(),它们用于返回复杂对象。Builder可以是抽象类，也可以是接口。
  2. ConcreteBuilder（具体建造者）：它实现了Builder接口，实现各个部件的具体构造和装配方法，定义并明确所创建的复杂对象，还可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。
  3. Product（产品）：它是被创建的复杂对象，包含多个组成部件，具体建造者创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。
  4. Director（指挥者）：它负责安排复杂对象的建造次序，指挥者与抽象建造者之间存在关联关系，可以在construct()建造方法中调用建造者对象的部件构造与装配方法，完成复杂对象的建造。客户端一般只需要与指挥者进行交互，在客户端确定具体建造者的类型，并实例化具体建造者对象，然后通过指挥者类的构造函数或者Setter方法将该对象传入指挥者类中。

3.2 建造者模式的实现

用一个练习的demo来举个栗子：

复杂产品对象的代码：

/**
 * 视频播放软件实体model
 */
public class VideoPlayer {

    private String menu;//菜单
    private String playlist;//播放列表
    private String mainWindow;//主窗口
    private String controlStrip;//控制条
    private String favoritesList;//收藏列表

    public String getMenu() {
        return menu;
    }

    public void setMenu(String menu) {
        this.menu = menu;
    }
    //getset方法省略...
    
}

抽象建造者的代码：

/**
 * 抽象建造者
 */
public abstract class VideoPlayerBuilder {

    protected VideoPlayer videoPlayer = new VideoPlayer();

    public abstract void  buildMenu();
    public abstract void  buildPlaylist();
    public abstract void  buildMainWindow();
    public abstract void  buildControlStrip();
    public abstract void  buildFavoritesList();

    //钩子方法，用于区分是什么模式，子类可以重新此方法
    public String getModelType(){
        return "";
    }

    public VideoPlayer createVideoPlayer(){
        return videoPlayer;
    }
}

具体建造者的代码：

/**
 * 完整模式
 */
public class FullPlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{

    @Override
    public void buildMenu() {
        System.out.println("主模式-菜单");
    }
    @Override
    public void buildPlaylist() {
        System.out.println("主模式-播放列表");
    }
    @Override
    public void buildMainWindow() {
        System.out.println("主模式-主窗口");
    }
    @Override
    public void buildControlStrip() {
        System.out.println("主模式-控制条");
    }
    @Override
    public void buildFavoritesList() {
    }
    @Override
    public String getModelType() {
        return "full";
    }
}

/**
 * 记忆模式
 */
public class MemoryPlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{
    @Override
    public void buildMenu() {
    }
    @Override
    public void buildPlaylist() {
    }
    @Override
    public void buildMainWindow() {
        System.out.println("记忆模式-主窗口");
    }
    @Override
    public void buildControlStrip() {
        System.out.println("记忆模式-控制条");
    }
    @Override
    public void buildFavoritesList() {
        System.out.println("记忆模式-收藏列表");
    }
    @Override
    public String getModelType() {
        return "memory";
    }
}

/**
 * 网络模式
 */
public class NetworkPlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{
    @Override
    public void buildMenu() {
        System.out.println("网络模式-菜单");
    }
    @Override
    public void buildPlaylist() {
        System.out.println("网络模式-播放列表");
    }
    @Override
    public void buildMainWindow() {
        System.out.println("网络模式-主窗口");
    }
    @Override
    public void buildControlStrip() {
        System.out.println("网络模式-控制条");
    }
    @Override
    public void buildFavoritesList() {
        System.out.println("网络模式-收藏列表");
    }
    @Override
    public String getModelType() {
        return "network";
    }
}

/**
 * 精简模式
 */
public class StreamlinePlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{
    @Override
    public void buildMenu() {
    }
    @Override
    public void buildPlaylist() {
    }
    @Override
    public void buildMainWindow() {
        System.out.println("精简模式-主窗口");
    }
    @Override
    public void buildControlStrip() {
        System.out.println("精简模式-控制条");
    }
    @Override
    public void buildFavoritesList() {
    }
    @Override
    public String getModelType() {
        return "streamline";
    }
}

指挥者的代码：

/**
 * VideoPlayerController充当指挥者角色
 */
public class VideoPlayerController {

    /**
     * 逐步构建复杂对象
     *
     * @param builder
     * @return
     */
    public VideoPlayer construct(VideoPlayerBuilder builder) {
        VideoPlayer videoPlayer;
        builder.buildMainWindow();
        builder.buildControlStrip();
        String modelType = builder.getModelType();
        if ("full".equals(modelType)) {
            builder.buildMenu();
            builder.buildPlaylist();
        } else if ("memory".equals(modelType)) {
            builder.buildFavoritesList();
        } else {
            builder.buildMenu();
            builder.buildPlaylist();
            builder.buildFavoritesList();
        }
        videoPlayer = builder.createVideoPlayer();
        return videoPlayer;
    }
}

配置文件：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-16" ?>

<config>
    <className>creationalpatterns.builderpattern.MemoryPlayerBuilder</className>
</config>

工具类：

public class XMLUtil {

    //该方法用于从XML配置文件提取具体类的类名，并返回一个实例对象
    public static Object getBean() {
        try {
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder documentBuilder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document document = documentBuilder.parse("src/resources/builderconfig.xml");

            NodeList nodeList = document.getElementsByTagName("className");
            Node firstChild = nodeList.item(0).getFirstChild();
            String cName = firstChild.getNodeValue();

            Class<?> c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

客户端的代码：

public class Client {


    public static void main(String[] args) {

        /**
         * 案例需求描述：
         * 某公司要开发一个视频播放软件，为了给用户的使用提供方便，该播放软件提供多种界面显示模式，
         * 如完整模式，精简模式，记忆模式，网络模式等。在不同的显示模式下主界面的组成元素有所差异，
         * 如在完整模式下将显示菜单、播放按钮、主窗口、控制条等，
         * 在精简模式下只显示主窗口和控制条，
         * 在记忆模式下将显示主窗口、控制条、收藏列表等。
         * 请使用建造者模式设计该软件。
         * （ps：此案例为笔者的练习demo，可能存在问题，仅供参松，谢谢）
         */

        VideoPlayerBuilder vpb;
        vpb = (VideoPlayerBuilder)XMLUtil.getBean();

        VideoPlayerController vpc = new VideoPlayerController();
        VideoPlayer vp = vpc.construct(vpb);
        System.out.println("ok");

    }

}

三、指挥者类的深入探讨

3.1 省略Director

为了简化系统结构，可以将Director和抽象建造者Builder进行合并，在Builder中提供逐步构建复杂产品对象的construct()方法。
示例代码：

/**
 * 抽象建造者
 */
public abstract class VideoPlayerBuilder {

    protected VideoPlayer videoPlayer = new VideoPlayer();

    public abstract void  buildMenu();
    public abstract void  buildPlaylist();
    public abstract void  buildMainWindow();
    public abstract void  buildControlStrip();
    public abstract void  buildFavoritesList();

    //钩子方法，用于区分是什么模式，子类可以重新此方法
    public String getModelType(){
        return "";
    }

    public VideoPlayer createVideoPlayer(){
        return videoPlayer;
    }

    //逐步构建复杂产品对象的construct方法
    public VideoPlayer construct(VideoPlayerBuilder builder) {
        VideoPlayer videoPlayer;
        builder.buildMainWindow();
        builder.buildControlStrip();
        String modelType = builder.getModelType();
        if ("full".equals(modelType)) {
            builder.buildMenu();
            builder.buildPlaylist();
        } else if ("memory".equals(modelType)) {
            builder.buildFavoritesList();
        } else {
            builder.buildMenu();
            builder.buildPlaylist();
            builder.buildFavoritesList();
        }
        videoPlayer = builder.createVideoPlayer();
        return videoPlayer;
    }
}

这种省略方法不影响系统的灵活性和可扩展性，同时简化了系统结构，但是加重了抽象建造者类的职责。如果construct方法比较复杂，待构建产品的组成部分较多，建议还是将construct()方法单独封装在Director中，这样更符合单一职责原则。

3.2 钩子方法的引入

通过引入钩子方法，可以在Director中对复杂产品的构建进行精细的控制，不仅指定buildPartX()方法的执行顺序，还可以控制是否需要执行某个buildPartX()方法。

四、建造者模式优缺点与适用环境

4.1 建造者模式的优点

  1. 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，使得相同的构建过程可以创建不同的产品。
  2. 每一个具体构建者都相对独立，而与其他的具体构建者无关，因此可以很方便第替换具体构建者或增加新的具体构建者。
  3. 可以更加精细地控制产品的创建过程。

4.2 建造者模式的缺点

  1. 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，并不适合适用建造者模式
  2. 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体构建者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大，增加系统的理解难度和运行成本。

4.3 建造者模式的适用环境

  1. 需要生成的产品对象具有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员变量。
  2. 需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定生成顺序。
  3. 对象的创建过程独立于创建该对象的类。
  4. 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。

【参考文献】：
本文是根据刘伟的《Java设计模式》一书的学习笔记，仅供学习用途，勿做其他用途，请尊重知识产权。

【本文代码仓库】：https://gitee.com/xiongbomy/java-design-pattern.git

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