此系列文章为清华大学出版社出版刘伟编著《Java设计模式》的学习笔记。
1 概述
1.1 建造者模式概念
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。建造者模式是一种对象创建模式，它将客户端与包含多个部件的复杂对象的创建过程分离，客户端无需知道复杂对象的内部组成部分与装配方式，只需要知道所需建造者的类型即可。建造者模式关注如何一步一步地创建一个复杂的对象，不同的建造者定义了不同的创建过程。
2 结构与实现
2.1 建造者模式结构
建造者模式包含4个角色：
- AbstractBuilder(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。AbstractBuilder既可以是抽象类，也可以是接口。
- ConcreteBuilder(具体建造者)：它实现了AbstractBuilder中的抽象方法，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。
- Product(产品)：它是被构建的复杂对象，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。
- Director(指挥者)：指挥者又称导演类，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，可以在其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，在客户端确定建造者的具体类型，并实例化具体的建造者对象（实例中通过配置文件和反射机制实现），然后通过指挥者的构造函数或者Setter方法将对象传入指挥者类中。
2.2 建造者模式举例
一、背景介绍
某游戏软件公司决定开发一款基于角色扮演的多人在线网络游戏，玩家可以在游戏中扮演虚拟世界中的一个特定角色，角色根据不同的游戏情节和统计数据（例如力量、魔法、技能等）具有不同的能力，角色也会随着不断地升级而拥有更加强大的能力。
作为该游戏的一个重要组成部分，需要对游戏角色进行设计，而且随着该游戏的升级将不断地增加新的角色。通过分析发现，角色游戏是一个复杂对象，它包含性别、脸型等多个组成部分，不同类型地游戏角色，其性别、脸型、服装、发型等外部特性都有所差异，例如“天使”拥有美丽的面容和披肩长发，并身穿一袭长裙；而“恶魔”极其丑陋，留着光头并身穿一件刺眼的黑衣。
无论是何种造型的游戏角色，它的创建步骤都大同小异，都需要逐步创建其组成部分，再将各组成部分装配成一个完整的游戏角色。
请使用建造者模式来实现游戏角色的创建。
二、项目结构
项目结构.png
三、抽象建造者
public abstract class ActorBuilder {
protected Actor actor = new Actor();
public abstract void buildType();
public abstract void buildSex();
public abstract void buildFace();
public abstract void buildCostume();
public abstract void buildHairstyle();
//todo:工厂方法，返回一个完整的游戏角色对象
public Actor createActor(){
return actor;
}
}
四、具体建造者
建造一个“天使”角色
public class AngelBuilder extends ActorBuilder {
@Override
public void buildType() {
actor.setType("天使");
}
@Override
public void buildSex() {
actor.setSex("女");
}
@Override
public void buildFace() {
actor.setFace("漂亮");
}
@Override
public void buildCostume() {
actor.setCostume("白裙");
}
@Override
public void buildHairstyle() {
actor.setHairstyle("长发");
}
}
建造一个“恶魔”角色
public class DevilBuilder extends ActorBuilder {
@Override
public void buildType() {
actor.setType("恶魔");
}
@Override
public void buildSex() {
actor.setSex("魔");
}
@Override
public void buildFace() {
actor.setFace("丑陋");
}
@Override
public void buildCostume() {
actor.setCostume("黑衣");
}
@Override
public void buildHairstyle() {
actor.setHairstyle("光头");
}
}
建造一个“英雄”角色
public class HeroBuilder extends ActorBuilder {
@Override
public void buildType() {
actor.setType("英雄");
}
@Override
public void buildSex() {
actor.setSex("男");
}
@Override
public void buildFace() {
actor.setFace("英俊");
}
@Override
public void buildCostume() {
actor.setCostume("披风");
}
@Override
public void buildHairstyle() {
actor.setHairstyle("飘逸");
}
}
五、产品
public class Actor {
private String type;//角色类型
private String sex;//角色性别
private String face;//角色脸型
private String costume;//角色服装
private String hairstyle;//角色发行
public String getType() {
return type;
}
public void setType(String type) {
this.type = type;
}
public String getSex() {
return sex;
}
public void setSex(String sex) {
this.sex = sex;
}
public String getFace() {
return face;
}
public void setFace(String face) {
this.face = face;
}
public String getCostume() {
return costume;
}
public void setCostume(String costume) {
this.costume = costume;
}
public String getHairstyle() {
return hairstyle;
}
public void setHairstyle(String hairstyle) {
this.hairstyle = hairstyle;
}
}
六、指挥者
public class ActorController {
public Actor construct(ActorBuilder ab){
Actor actor;
ab.buildType();
ab.buildSex();
ab.buildFace();
ab.buildCostume();
ab.buildHairstyle();
actor = ab.createActor();
return actor;
}
}
七、XML确定皮肤类型
编写config.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<config>
<!--<className>CreationalPattern.BuilderPattern.ConcreteBuilder.AngelBuilder</className>-->
<className>CreationalPattern.BuilderPattern.ConcreteBuilder.HeroBuilder</className>
<!--<className>CreationalPattern.BuilderPattern.ConcreteBuilder.DevilBuilder</className>-->
</config>
八、编写XMLUtil
import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
public class XMLUtil {
public static Object getBean(){
try {
//todo:创建 DOM 文档对象
DocumentBuilderFactory documentBuilderFactory= DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder documentBuilder = documentBuilderFactory.newDocumentBuilder();
Document doc;
doc = documentBuilder.parse("src\\CreationalPattern\\BuilderPattern\\config.xml");
//todo:获取包含类名的文本节点
NodeList nodeList = doc.getElementsByTagName("className");
Node classNode = nodeList.item(0).getFirstChild();
String cName = classNode.getNodeValue();
//todo:通过类名生成实例对象并将其返回
Class clz = Class.forName(cName);
Object obj = clz.newInstance();
return obj;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}
九、测试Client
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//todo:读取XML文件，反射创建ActorBuilder对象
ActorBuilder actorBuilder;
actorBuilder = (ActorBuilder)XMLUtil.getBean();
//todo:传入ActorBuilder对象，利用ActorController创建具体Actor对象
ActorController actorController = new ActorController();
Actor actor;
actor = actorController.construct(actorBuilder);
//todo:检验创建结果
String type = actor.getType();
System.out.println(type+"的外观");
System.out.println("性别："+actor.getSex());
System.out.println("面容："+actor.getFace());
System.out.println("服装："+actor.getCostume());
System.out.println("发型："+actor.getHairstyle());
}
}
十、打印结果
构建不同的角色，我们只需要改变XML中的className节点，改变反射构建的运行时类的类名。不同的类名，构建不同的角色。
天使角色.png
英雄角色.png
恶魔角色.png
3 总结
3.1 建造者模式优点
- 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，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
- 每一个具体的建造者都相对独立，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者添加新的具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象。由于指挥者类针对抽象建造者编程，增加新的具体建造者无需修改原有类库的代码，系统扩展方便，符合开闭原则。
- 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，也更加方便使用程序来控制创建过程。
3.2 建造者模式缺点
- 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，例如很多组成部分都不相同，不适合使用建造者模式，因此其使用的范围受到一定限制。
- 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，到这系统变得很庞大，增加系统的理解难度和运行成本。
3.3 建造者模式适用环境
- 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员变量。
- 需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序。
- 对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中通过引入指挥者类将创建过程封装在指挥者类中，而不再建造者类和客户类中。
- 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。
