设计模式之建造者模式（Builder）

建造者模式（Builder Pattern）也叫生成器模式，其定义如下：“separate the construction of a complex object from its representation so that the same construction process can create different representations“。将一个复杂对象的构建与它的标示分离，使同样的构建过程刻意创建不同的表示。

建造模式是将复杂的内部创建封装在内部，对于外部调用的人来说，只需要传入建造者和建造工具，对于内部是如何建造成成品的，调用者无需关心。

建造者模式的优点：

封装性:使用建造者模式可以使客户端不必知道产品内部组成的细节，如例子中我们就不需要关心每一个具体的模型内部是如何实现的，产生的对象类型就是CarModel。
可扩展性：Builder之间是相互独立的，与其它的Builder无关，对系统的扩展非常有利。
可控性：由于具体的建造者是独立的，因此可以对建造过程逐步细化，而不对其他的模块产生任何影响。

建造者模式有四种角色：

产品(Product)。产品就是要被构造的复杂对象，包含对象的各个组成部件，包括将这些部件装配成最终产品的方法。
建造者(Builder)。一个抽象接口，规范产品各个组成部件的建造。接口包含两种方法，一是各部分建造的方法，二是返回产品结果的方法。
具体建造者(ConcreteBuilder)。实现建造者接口，提供产品的实例。
指导者(Director)。构造一个Builder接口的对象，不需要知道产品内容。

下面以建立一个学生对象为例子。

首先，定义一个学生信息类，包含学生信息的各个组成成分和一个显示具体信息的方法。

public class Student
{
   private String name   = null;
   private int    age    = -1;
   private String sex    = null;
   private float  weight = -1;
   private float  height = -1;

   public String getName()
   {
      return name;
   }

   public void setName(String name)
   {
      this.name = name;
   }

   public int getAge()
   {
      return age;
   }

   public void setAge(int age)
   {
      this.age = age;
   }

   public String getSex()
   {
      return sex;
   }

   public void setSex(String sex)
   {
      this.sex = sex;
   }

   public float getWeight()
   {
      return weight;
   }

   public void setWeight(float weight)
   {
      this.weight = weight;
   }

   public float getHeight()
   {
      return height;
   }

   public void setHeight(float height)
   {
      this.height = height;
   }

   public void showInfo()
   {
      System.out.println("姓名：" + getName() + "\n性别：" + getSex() + "\n年龄：" + getAge()
            + "岁\n身高：" + getHeight() + "厘米\n体重：" + getWeight() + "公斤");
   }
}

然后，定义建造者需要的行为。

/**
 * 接口，定义建造者要做的行为
 */
public abstract class Builder
{
   protected Student student = new Student();
   
   public abstract void setName(String name);

   public abstract void setAge(int age);

   public abstract void setSex(String sex);

   public abstract void setWeight(float weight);

   public abstract void setHeight(float height);

   public abstract Student getStudent();
}

接着，实现建造者的接口。

/**
 * 建造者实现类，执行具体操作
 */
public class CollegeStudentBuilder extends Builder
{
   @Override
   public void setName(String name)
   {
      student.setName(name);
   }

   @Override
   public void setAge(int age)
   {
      student.setAge(age);
   }

   @Override
   public void setSex(String sex)
   {
      student.setSex(sex);
   }

   @Override
   public void setWeight(float weight)
   {
      student.setWeight(weight);
   }

   @Override
   public void setHeight(float height)
   {
      student.setHeight(height);
   }
   
   @Override
   public Student getStudent()
   {
      return student;
   }
}

而指导者则是传入的Builder和Builder的参数来构造Builder。

/**
 * 指导者/设计师，构建一个建造者
 */
public class Director
{
   private Builder mBuilder = null;

   public Director(Builder builder)
   {
      mBuilder = builder;
   }

   public void construct(String name, int age, String sex, float weight, float height)
   {
      mBuilder.setName(name);
      mBuilder.setAge(age);
      mBuilder.setSex(sex);
      mBuilder.setHeight(height);
      mBuilder.setWeight(weight);
   }
}

最后，测试一下。

public class JavaTest
{
   public static void main(String[] args)
   {
      Builder builder = new CollegeStudentBuilder();
      Director director = new Director(builder);
      director.construct("张三", 18, "男", 56, 172);
      Student student = builder.getStudent();
      student.showInfo();
   }
}

结果显示：

姓名：张三
性别：男
年龄：18岁
身高：172.0厘米
体重：56.0公斤

与工厂方法模式相比，建造者模式关注的是各个部件的类型和装配工艺（顺序）。

与抽象工厂模式相比，建造者模式返回一个组装好的完整产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成了一个产品族。