23种设计模式(2)-建造者模式

建造者模式

    一、概念

1、产品的内部表象 

2、对象性质的建造 

    二、建造模式的结构

    三、建造模式分成两个很重要的部分

    四、使用场景

    五、使用建造模式构建复杂对象 

一、概念　

建造模式是对象的创建模式。建造模式可以将一个产品的内部表象（internal representation）与产品的生产过程分割开来，从而可以使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。

1、产品的内部表象

　　一个产品常有不同的组成成分作为产品的零件，这些零件有可能是对象，也有可能不是对象，它们通常又叫做产品的内部表象（internal representation）。不同的产品可以有不同的内部表象，也就是不同的零件。使用建造模式可以使客户端不需要知道所生成的产品有哪些零件，每个产品的对应零件彼此有何不同，是怎么建造出来的，以及怎么组成产品。

　　

2、对象性质的建造

　　有些情况下，一个对象的一些性质必须按照某个顺序赋值才有意义。在某个性质没有赋值之前，另一个性质则无法赋值。这些情况使得性质本身的建造涉 及到复杂的商业逻辑。这时候，此对象相当于一个有待建造的产品，而对象的这些性质相当于产品的零件，建造产品的过程是建造零件的过程。由于建造零件的过程 很复杂，因此，这些零件的建造过程往往被“外部化”到另一个称做建造者的对象里，建造者对象返还给客户端的是一个全部零件都建造完毕的产品对象。

　　

顾名思义，builder的意思是建造者或者建筑工人。例如：楼房是千差万别的，楼房的外形，层数，内部房间的数量，房间的装饰都不一样。但是对于建造者来 说，抽象出来的建筑流程是确定的。因为建筑一座楼房，都可以归纳为几个步骤(也就是生产过程：对象性质的建造)：1打桩(内部具体细节构建:内部表象, 下2-4同为内部具体细节构建)、2建地基、3搭框架、4内部建设。同理，建造者设计模式也是基于这样 的概念而生的，这个设计模式用来解决什么样的情况呢：即流程不变，但每个流程实现的具体细节是会变化的。这样的情况，可以考虑使用建造者。就像盖房子，4个流程都必须有，但每个流程各自的实现细节，各个房子各有不同。建造者模式的好处就是保证了流程不会变化，即流程不会增加也不会遗漏，也不会产生流程次序的错误。这是非常重要的，看新闻，一些楼歪歪的事件，很多都是建设楼盘的时候，流程出现了问题导致的。（看来这些人并不知道建造者模式啊）。而建造者模式，保证了流程的确定性，而流程内部的实现细节，是可继承扩展的。从根源上解决了流程不规范的问题。

二、建造模式的结构



在这个示意性的系统里，最终产品Product只有两个零件，即part1和part2。相应的建造方法也有两个：buildPart1()和buildPart2()、同时可以看出本模式涉及到四个角色，它们分别是：

　　抽象建造者（Builder）角色：给 出一个抽象接口，以规范产品对象的各个组成成分的建造。一般而言，此接口独立于应用程序的商业逻辑。模式中直接创建产品对象的是具体建造者 (ConcreteBuilder)角色。具体建造者类必须实现这个接口所要求的两种方法：一种是建造方法(buildPart1和 buildPart2)，另一种是返还结构方法(retrieveResult)。一般来说，产品所包含的零件数目与建造方法的数目相符。换言之，有多少 零件，就有多少相应的建造方法。

　　

　　导演者（Director）角色：担任这个角色的类调用具体建造者角色以创建产品对象。应当指出的是，导演者角色并没有产品类的具体知识，真正拥有产品类的具体知识的是具体建造者角色。

　　

　　产品（Product）角色：产品便是建造中的复杂对象。一般来说，一个系统中会有多于一个的产品类，而且这些产品类并不一定有共同的接口，而完全可以是不相关联的。

　　

　　一般来说，每有一个产品类，就有一个相应的具体建造者类。这些产品应当有一样数目的零件，而每有一个零件就相应地在所有的建造者角色里有一个建造方法。

　　

源代码：

/**
* 产品角色
* 　产品类Product
* @author Administrator
*
*/
public class Product {
//定义一些产品的部件
private String part1;
private String part2;

public String getPart1() {
return part1;
}
public void setPart1(String part1) {
this.part1 = part1;
}
public String getPart2() {
return part2;
}
public void setPart2(String part2) {
this.part2 = part2;
}
}

/**
* 抽象建造者角色
*      抽象建造者类Builder
* @author Administrator
*
*/
public interface Builder {
//产品零件一建造方法
public void buildPart1();
//产品零件二建造方法
public void buildPart2();
//返回产品的方法
public Product retrieveResult();

}

/**
* 具体建造者角色
*      具体建造者类ConcreteBuilder
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteBuilder implements Builder {
private Product product = new Product();
@Override
public void buildPart1() {
//构建产品的第一个零件
product.setPart1("编号：007");
}

@Override
public void buildPart2() {
//构建产品的第二个零件
product.setPart2("名称：暗黑者");
}

@Override
public Product retrieveResult() {
//返回产品
return product;
}

}

/**
* 导演者角色
*      导演者类Director
* @author Administrator
*
*/
public class Director {
/**
* 持有当前需要使用的建造器对象
*/
private Builder builder;
/**
* 构造方法，传入建造器对象
* @param builder 建造器对象
*/
public Director(Builder builder){
this.builder = builder;
}
/**
* 产品构造方法，负责调用各个零件建造方法,比如产品的生产顺序等
*/
public void construct(){
builder.buildPart1();
builder.buildPart2();
}
}

//客户端
public class Client {

public static void main(String[] args) {
Builder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director(builder);
director.construct();
Product product = builder.retrieveResult();
System.out.println(product.getPart1());
System.out.println(product.getPart2());
}

}

时序图



客户端负责创建导演者和具体建造者对象。然后，客户端把具体建造者对象交给导演者，导演者操作具体建造者，开始创建产品。当产品完成后，建造者把产品返还给客户端。

　　把创建具体建造者对象的任务交给客户端而不是导演者对象，是为了将导演者对象与具体建造者对象的耦合变成动态的，从而使导演者对象可以操纵数个具体建造者对象中的任何一个。

三、建造模式分成两个很重要的部分

1. 一个部分是Builder接口，这里是定义了如何构建各个部件，也就是知道每个部件功能如何实现

2. 另外一个部分是Director，Director是知道如何组合来构建产品，也就是说Director负责整体的构建算法，而且通常是分步骤地来执行,也就是说如何组装这些部件。

不管如何变化，建造模式都存在这么两个部分，一个部分是部件构造。另一个部分是整体构建的算法。

再直白点说，建造模式的重心在于分离构建算法和具体的构造实现，从而使得构建算法可以重用。具体的构造实现可以很方便地扩展和切换，从而可以灵活地组合来构造出不同的产品对象。

四、使用场景

　　假设有一个电子杂志系统，定期地向用户的电子邮件信箱发送电子杂志。用户可以通过网页订阅电子杂志，也可以通过网页结束订阅。当客户开始订阅 时，系统发送一个电子邮件表示欢迎，当客户结束订阅时，系统发送一个电子邮件表示欢送。本例子就是这个系统负责发送“欢迎”和“欢送”邮件的模块。

在本例中，产品类就是发给某个客户的“欢迎”和“欢送”邮件，如下图所示。



虽然在这个例子里面各个产品类均有一个共同的接口，但这仅仅是本例 子特有的，并不代表建造模式的特点。建造模式可以应用到具有完全不同接口的产品类上。大多数情况下是不知道最终构建出来的产品是什么样的，所以在标准的建 造模式里面，一般是不需要对产品定义抽象接口的，因为最终构造的产品千差万别，给这些产品定义公共接口几乎是没有意义的。

下图所示就是这个系统的类图。



这个系统含有客户端（Client）、导演者（Director）、抽象建造者（Builder）、具体建造者（WelcomeBuilder和GoodbyeBuilder）、产品（WelcomeMessage和GoodbyeMessage）等角色。

源代码

　　抽象类AutoMessage源代码，send()操作仅仅是示意性的，并没有给出任何发送电子邮件的代码。

public abstract class AutoMessage {
//收件人地址
private String to;
//发件人地址
private String from;
//标题
private String subject;
//内容
private String body;
//发送日期
private Date sendDate;
public void send(){
System.out.println("收件人地址：" + to);
System.out.println("发件人地址：" + from);
System.out.println("标题：" + subject);
System.out.println("内容：" + body);
System.out.println("发送日期：" + sendDate);
}
public String getTo() {
return to;
}
public void setTo(String to) {
this.to = to;
}
public String getFrom() {
return from;
}
public void setFrom(String from) {
this.from = from;
}
public String getSubject() {
return subject;
}
public void setSubject(String subject) {
this.subject = subject;
}
public String getBody() {
return body;
}
public void setBody(String body) {
this.body = body;
}
public Date getSendDate() {
return sendDate;
}
public void setSendDate(Date sendDate) {
this.sendDate = sendDate;
}

}

具体产品类WelcomeMessage

public class WelcomeMessage extends AutoMessage {
/**
* 构造子
*/
public WelcomeMessage(){
System.out.println("发送欢迎信息");
}
}

具体产品类GoodbyeMessage

public class GoodbyeMessage extends AutoMessage{
/**
* 构造子
*/
public GoodbyeMessage(){
System.out.println("发送欢送信息");
}
}

抽象建造者类

public abstract class Builder {
protected AutoMessage msg;
//标题零件的建造方法
public abstract void buildSubject();
//内容零件的建造方法
public abstract void buildBody();
//收件人零件的建造方法
public void buildTo(String to){
msg.setTo(to);
}
//发件人零件的建造方法
public void buildFrom(String from){
msg.setFrom(from);
}
//发送时间零件的建造方法
public void buildSendDate(){
msg.setSendDate(new Date());
}
/**
* 邮件产品完成后，用此方法发送邮件
* 此方法相当于产品返还方法
*/
public void sendMessage(){
msg.send();
}
}

具体建造者WelcomeBuilder

public class WelcomeBuilder extends Builder {
public WelcomeBuilder(){
msg = new WelcomeMessage();
}
@Override
public void buildBody() {
// TODO Auto-generated method stub
　　　　msg.setBody("欢迎内容");
}

@Override
public void buildSubject() {
// TODO Auto-generated method stub
　　　　msg.setSubject("欢迎标题");
}

}

具体建造者GoodbyeBuilder

public class GoodbyeBuilder extends Builder {

public GoodbyeBuilder(){
msg = new GoodbyeMessage();
}
@Override
public void buildBody() {
// TODO Auto-generated method stub
　　　　msg.setBody("欢送内容");
}

@Override
public void buildSubject() {
// TODO Auto-generated method stub
　　　　msg.setSubject("欢送标题");
}

}

　　导演者Director，这个类提供一个construct()方法，此方法调用建造者的建造方法，包括buildTo()、buildFrom()、buildSubject()、buildBody()、buildSendDate()等，从而一部分一部分地建造出产品对象，既AutoMessage对象。

public class Director {
Builder builder;
/**
* 构造子
*/
public Director(Builder builder){
this.builder = builder;
}
/**
* 产品构造方法，负责调用各零件的建造方法
*/
public void construct(String toAddress , String fromAddress){
this.builder.buildTo(toAddress);
this.builder.buildFrom(fromAddress);
this.builder.buildSubject();
this.builder.buildBody();
this.builder.buildSendDate();
this.builder.sendMessage();
}
}

客户端Client

public class Client {

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
　　　　Builder builder = new WelcomeBuilder();
Director director = new Director(builder);
director.construct("toAddress@45126184@qq.com", "fromAddress@110.com");

}

}

五、使用建造模式构建复杂对象

　　考虑这样一个实际应用，要创建一个保险合同的对象，里面很多属性的值都有约束，要求创建出来的对象是满足这些约束规则的。约束规则比如：保险合 同通常情况下可以和个人签订，也可以和某个公司签订，但是一份保险合同不能同时与个人和公司签订。这个对象里有很多类似这样的约束，采用建造模式来构建复 杂的对象，通常会对建造模式进行一定的简化，因为目标明确，就是创建某个复杂对象，因此做适当简化会使程序更简洁。大致简化如下：

　　●　　由于是用Builder模式来创建某个对象，因此就没有必要再定义一个Builder接口，直接提供一个具体的建造者类就可以了。

　　●　　对于创建一个复杂的对象，可能会有很多种不同的选择和步骤，干脆去掉“导演者”，把导演者的功能和Client的功能合并起来，也就是说,Client这个时候就相当于导演者，它来指导构建器类去构建需要的复杂对象。

保险合同类

/**
* 保险合同对象
*/
public class InsuranceContract {
// 保险合同编号
private String contractId;
/**
* 被保险人员的名称，同一份保险合同，要么跟人员签订，要么跟公司签订 也就是说，“被保险人员”和“被保险公司”这两个属性，不可能同时有值
*/
private String personName;
// 被保险公司的名称
private String companyName;
// 保险开始生效日期
private long beginDate;
// 保险失效日期，一定会大于保险开始生效日期
private long endDate;
// 其他数据
private String otherData;

// 私有构造方法
private InsuranceContract(ConcreteBuilder builder) {
this.contractId = builder.contractId;
this.personName = builder.personName;
this.companyName = builder.companyName;
this.beginDate = builder.beginDate;
this.endDate = builder.endDate;
this.otherData = builder.otherData;
}

/**
* 保险合同的一些操作
*/
public void someOperation() {
System.out.println("当前正在操作的保险合同编号为【" + this.contractId + "】");
if(personName!=null){
System.out.println("被保险人名称:"+personName);
}
if(companyName!=null){
System.out.println("被保险公司名称:"+companyName);
}
}
//具体构建者角色
public static class ConcreteBuilder {
private String contractId;
private String personName;
private String companyName;
private long beginDate;
private long endDate;
private String otherData;

/**
* 构造方法，传入必须要有的参数
*
* @param contractId
*            保险合同编号
* @param beginDate
*            保险合同开始生效日期
* @param endDate
*            保险合同失效日期
*/
public ConcreteBuilder(String contractId, long beginDate, long endDate) {
this.contractId = contractId;
this.beginDate = beginDate;
this.endDate = endDate;
}

// 建造方法 建造被保险人员的名称
public ConcreteBuilder setPersonName(String personName) {
this.personName = personName;
return this;
}

// 建造方法  建造被保险公司的名称
public ConcreteBuilder setCompanyName(String companyName) {
this.companyName = companyName;
return this;
}

// 建造方法  建造其他数据
public ConcreteBuilder setOtherData(String otherData) {
this.otherData = otherData;
return this;
}

/**
* 构建真正的对象并返回
*
* @return 构建的保险合同对象
*/
public InsuranceContract build() {
if (contractId == null || contractId.trim().length() == 0) {
throw new IllegalArgumentException("合同编号不能为空");
}
boolean signPerson = (personName != null && personName.trim().length() > 0);
boolean signCompany = (companyName != null && companyName.trim().length() > 0);
if (signPerson && signCompany) {
throw new IllegalArgumentException("一份保险合同不能同时与个人和公司签订");
}
if (signPerson == false && signCompany == false) {
throw new IllegalArgumentException("一份保险合同不能没有签订对象");
}
if (beginDate <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("一份保险合同必须有开始生效的日期");
}
if (endDate <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("一份保险合同必须有失效的日期");
}
if (endDate < beginDate) {
throw new IllegalArgumentException("一份保险合同的失效日期必须大于生效日期");
}
return new InsuranceContract(this);
}
}
}

客户端

public class Client {

public static void main(String[] args) {
// 创建构建器对象
InsuranceContract.ConcreteBuilder builder = new InsuranceContract.ConcreteBuilder("9527", 123L, 456L);
// 设置需要的数据，然后返回保险合同对象
InsuranceContract contract = builder.setPersonName("小明").setOtherData("test").build();
// 操作保险合同对象的方法
contract.someOperation();
}
}

　　在本例中将具体建造者合并到了产品对象中，并将产品对象的构造函数私有化，防止客户端不使用构建器来构建产品对象，而是直接去使用new来构建产品对象所导致的问题。另外，这个构建器的功能就是为了创建被构建的对象，完全可以不用单独一个类。

　　在什么情况下使用建造模式(看一看就行)： 创建一些复杂的对象时，这些对象的内部组成构件间的建造顺序是稳定的，但是对象的内部组成构件面临着复杂的变化。