建造者模式理解剖析以及应用

建造者模式

将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。
它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。
它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。

意图

将一个复杂的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同表示。

解决问题

需要生成的对象具有复杂的内部结构。
需要生成的对象内部属性本身相互依赖。

何时使用？

一些基本部件不会变，而其组合经常变化的时候。
当一个类的构造函数参数个数超过4个，而且这些参数有些是可选的参数，考虑使用构造者模式。

应用环境举例

去肯德基，汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等食物为不变的，而其组合是经常变化的，生成出所谓的”套餐”。
JAVA 中的 StringBuilder。

优点

封装性好，构建和表示分离。
扩展性好，各个具体的建造者相互独立，有利于系统的解耦。
建造者独立，易扩展。
便于控制细节风险。

缺点

产品必须有共同点，范围有限制。
如内部变化复杂，会有很多的建造类，如果产品内部发生变化，则建造者也要同步修改，后期维护成本较大。

注意

与工厂模式的区别是：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的创建过程，但两者可以结合使用。

类图 / 理解

产品角色（Product）：
它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个零部件。
抽象建造者（Builder）：
它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
具体建造者(Concrete Builder）：
实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
指挥者（Director）：
它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。

实现

产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。

class Product {
    private String partA;
    private String partB;
    private String partC;

    public void setPartA(String partA) {
        this.partA = partA;
    }

    public void setPartB(String partB) {
        this.partB = partB;
    }

    public void setPartC(String partC) {
        this.partC = partC;
    }

    public void show() {
        //显示产品的特性
    }
}

抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。

abstract class Builder {
    //创建产品对象
    protected Product product = new Product();
    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract void buildPartC();
    //返回产品对象
    public Product getResult() {
        return product;
    }
}

具体建造者：实现了抽象建造者接口。

public class ConcreteBuilder extends Builder {
    public void buildPartA() {
        product.setPartA("建造 PartA");
    }

    public void buildPartB() {
        product.setPartB("建造 PartB");
    }

    public void buildPartC() {
        product.setPartC("建造 PartC");
    }
}

指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

class Director {
    private Builder builder;
    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }
    //产品构建与组装方法
    public Product construct() {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}

客户类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Builder builder = new ConcreteBuilder();
        Director director = new Director(builder);
        Product product = director.construct();
        product.show();
    }
}

实例

理解

我们假设一个快餐店的商业案例，其中，一个典型的套餐可以是一个汉堡（Burger）和一杯冷饮（Cold drink）。

汉堡（Burger）可以是素食汉堡（Veg Burger）或鸡肉汉堡（Chicken Burger），它们是包在纸盒中。
冷饮（Cold drink）可以是可口可乐（coke）或百事可乐（pepsi），它们是装在瓶子中。

我们将创建
一个表示食物条目的 Item 接口 和 实现 Item 接口的实体类
以及
一个表示食物包装的 Packing 接口 和 实现 Packing 接口的实体类，
汉堡是包在纸盒中，冷饮是装在瓶子中。
然后我们创建
一个 Meal 类，带有 Item 的 ArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder。
BuilderPatternDemo 类使用 MealBuilder 来创建一个 Meal。

代码

创建一个表示食物条目和食物包装的接口。
Item.java 食物项目

public interface Item {
   public String name();    //名称
   public Packing packing();//包装方法
   public float price();    //价格
}

Packing.java 打包

1
2
3

public interface Packing {
   public String pack();    //
}

创建实现 Packing 接口的实体类。
Wrapper.java 包装纸

public class Wrapper implements Packing {
 
   @Override
   public String pack() {
      return "Wrapper";    
   }
}

Bottle.java 瓶子

public class Bottle implements Packing {
 
   @Override
   public String pack() {
      return "Bottle";    
   }
}

创建实现 Item 接口的抽象类，该类提供了默认的功能。
Burger.java 汉堡

public abstract class Burger implements Item {
 
   @Override
   public Packing packing() {
      return new Wrapper();
   }
 
   @Override
   public abstract float price();
}

ColdDrink.java 冷饮

public abstract class ColdDrink implements Item {
 
    @Override
    public Packing packing() {
       return new Bottle();
    }
 
    @Override
    public abstract float price();
}

创建扩展了 Burger 和 ColdDrink 的实体类。
VegBurger.java 素食汉堡

public class VegBurger extends Burger {
 
   @Override
   public float price() {
      return 25.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Veg Burger";
   }
}

ChickenBurger.java 鸡肉汉堡包

public class ChickenBurger extends Burger {
 
   @Override
   public float price() {
      return 50.5f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Chicken Burger";
   }
}

Coke.java 可乐

public class Coke extends ColdDrink {
 
   @Override
   public float price() {
      return 30.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Coke";
   }
}

Pepsi.java 百事可乐

public class Pepsi extends ColdDrink {
 
   @Override
   public float price() {
      return 35.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Pepsi";
   }
}

创建一个 Meal 类，带有上面定义的 Item 对象。
Meal.java 一次点餐

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Meal {
   private List<Item> items = new ArrayList<Item>();    
 
   public void addItem(Item item){
      items.add(item);
   }
 
   public float getCost(){
      float cost = 0.0f;
      for (Item item : items) {
         cost += item.price();
      }        
      return cost;
   }
 
   public void showItems(){
      for (Item item : items) {
         System.out.print("Item : "+item.name());
         System.out.print(", Packing : "+item.packing().pack());
         System.out.println(", Price : "+item.price());
      }        
   }    
}

创建一个 MealBuilder 类，实际的 builder 类负责创建 Meal 对象。
MealBuilder.java 构建点餐

public class MealBuilder {
 
   public Meal prepareVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new VegBurger());
      meal.addItem(new Coke());
      return meal;
   }   
 
   public Meal prepareNonVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new ChickenBurger());
      meal.addItem(new Pepsi());
      return meal;
   }
}

BuiderPatternDemo 使用 MealBuilder 来演示建造者模式（Builder Pattern）。
BuilderPatternDemo.java

public class BuilderPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      MealBuilder mealBuilder = new MealBuilder();
 
      Meal vegMeal = mealBuilder.prepareVegMeal();
      System.out.println("Veg Meal");
      vegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +vegMeal.getCost());
 
      Meal nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal();
      System.out.println("\n\nNon-Veg Meal");
      nonVegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +nonVegMeal.getCost());
   }
}

感谢查阅

建议参考
另一种理解方式
 这篇文章

洛玖随笔

【设计模式】Builder Pattern 建造者模式