Java设计模式-建造者模式

在《JAVA与模式》一书中开头是这样描述建造（Builder）模式的：

　　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部分作为产品的零件，这些组成产品的零件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。使用建造模式可以将一个复杂产品(有特殊要求的产品)的创建过程独立出来，单独有一个Builder(创建者)去完成，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如何依赖，是怎么建造出来的，以及怎么组成的产品。因此建造者模式主要是面向复杂产品的构建过程。

2.对象性质的建造

　　有些情况下，一个对象（我理解为复杂的产品）会有一些重要的性质和特殊的要求：1.在一个对象内的某些属性没有恰当的值之前，对象不能作为一个完整的产品使用。比如，一个电子邮件有发件人地址、收件人地址、主题、内容、附录等部分，而在最起码的收件人地址得到赋值之前，这个电子邮件不能发送；2.一个对象的某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。而通常会将每一个不同的建造者对象特有的性质抽象成一个的建造者接口（一般来说不同的产品对应于不同的建造者接口），用来统一定义规范。

　　建造模式利用一个导演者对象（机器的操作者）和具体建造者（具体的机器）对象一个个地建造出所有的零件，从而建造出完整的产品对象。建造者模式将产品的结构和产品的零件的建造过程对客户端隐藏起来，把对建造过程进行指挥的责任和具体建造者零件的责任分割开来，达到责任划分和封装的目的。

3.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。

　　具体建造者（ConcreteBuilder）角色：担任这个角色的是与应用程序紧密相关的一些类，它们在应用程序调用下创建产品的实例。这个角色要完成的任务包括：1.实现抽象建造者Builder所声明的接口，给出一步一步地完成创建产品实例的操作。2.在建造过程完成后，提供产品的实例。

　　导演者（Director）角色（指挥家、中央控制器）：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。

　　导演者角色是与客户端打交道的角色。导演者将客户端创建产品的请求划分为对各个零件的建造请求，再将这些请求委派给具体建造者角色。具体建造者角色是做具体建造工作的，但是却不为客户端所知。

　　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

产品类Product

package com.itheima.pattern.product;

public class Product {
    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;
    }
}

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抽象建造者类Builder

package com.itheima.pattern.builder;

import com.itheima.pattern.product.Product;

public interface Builder {
    public void buildPart1();
    public void buildPart2();
    public Product retrieveResult();
}

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具体建造者类ConcreteBuilder

package com.itheima.pattern.product;

import com.itheima.pattern.builder.Builder;

public class ConcreteBuilder implements Builder{
    //聚合产品对象
    private Product product=new Product();
    /**
     * 产品零件建造方法1
     */
    @Override
    public void buildPart1() {
        // TODO Auto-generated method stub
        product.setPart1("编号：7213");
    }
    /**
     * 产品零件建造方法1
     */
    @Override
    public void buildPart2() {
        // TODO Auto-generated method stub
        product.setPart2("编号：3456");
    }
    /**
     * 产品返还方法
     */
    @Override
    public Product retrieveResult() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return product;
    }
}

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导演者类Director

package com.itheima.pattern.direct;

import com.itheima.pattern.builder.Builder;

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
     */
    public void construct() {
        builder.buildPart1();
        builder.buildPart2();
    }
}

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客户端类Client

package com.itheima.pattern.client;

import com.itheima.pattern.builder.Builder;
import com.itheima.pattern.direct.Director;
import com.itheima.pattern.product.ConcreteBuilder;
import com.itheima.pattern.product.Product;

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());
    }
}

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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。

4.在什么情况下使用建造模式

　　1. 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，每一个内部成分本身可以是对象，也可以仅仅是一个对象（即产品对象）的一个组成部分。

　　2. 需要生成的产品对象的属性相互依赖。建造模式可以强制实行一种分步骤进行的建造过程，因此，如果产品对象的一个属性必须在另一个属性被赋值之后才可以被赋值，使用建造模式是一个很好的设计思想。

　　3. 在对象创建过程中会使用到系统中的其他一些对象，这些对象在产品对象的创建过程中不易得到。

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，以及如何装配这些部件到产品中去；

　　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。

　　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和产品装配，另一个部分是整体构建的算法。认识这点是很重要的，因为在建造模式中，强调的是固定整体构建的算法，而灵活扩展和切换部件的具体构造和产品装配的方式。

　　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。

5.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

1.抽象产品类源代码：

实际上真正的建造者模式建造的产品并不一定属于同一类，任何产品均可以建造，因此该处的抽象产品类并不是定义规范，而是本例中两种产品有许多重复的方法，将这些重复的方法抽取出来形成模板类，减少后期工作量。

package com.itheima.pattern.product;

import java.util.Date;

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;
    }
}

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2.产品源代码：

具体产品类WelcomeMessage：

package com.itheima.pattern.product;

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

}

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具体产品类GoodbyeMessage：

package com.itheima.pattern.product;

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

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3.抽象建造者类：

实际上此处由于有多个产品类，需要多个建造者类，这些建造者类的方法因产品类不同而不同，因此这些建造者类不应该有共同的接口，仅仅是因为可能不同的建造者类内部有重复性代码，可以抽取出来形成模板方法，即抽象类。（我此处使用接口实际是不合适的，不过懒得改了）

package com.itheima.pattern.builder;


public interface Builder {
    //收件人零件的建造方法
    public void buildTo(String to);
    //发件人零件的建造方法
    public void buildFrom(String from);
    //标题零件的建造方法
    public void buildSubject();
    //内容零件的建造方法
    public void buildBody();
    //发件日期零件的建造方法
    public void buildSendDate();
    /**
     * 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();

}

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4.具体建造者类

WelcomeBuilder：

package com.itheima.pattern.builder;

import java.util.Date;

import com.itheima.pattern.product.AutoMessage;
import com.itheima.pattern.product.WelcomeMessage;

public class WelComeBuilder implements Builder {
    //聚合产品类
    private AutoMessage autoMessage;
    public WelComeBuilder() {
        autoMessage=new WelcomeMessage();
    }

    @Override
    public void buildTo(String to) {
        autoMessage.setTo(to);
    }

    @Override
    public void buildFrom(String from) {
        autoMessage.setFrom(from);

    }

    @Override
    public void buildSubject() {
        autoMessage.setSubject("欢迎邮件");

    }

    @Override
    public void buildBody() {
        autoMessage.setBody("欢迎内容");

    }

    @Override
    public void buildSendDate() {
        autoMessage.setSendDate(new Date());

    }

    @Override
    public void sendMessage() {
        autoMessage.send();
    }

}

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GoodbyeBuilder：

package com.itheima.pattern.builder;

import java.util.Date;

import com.itheima.pattern.product.AutoMessage;
import com.itheima.pattern.product.GoodbyeMessage;

public class GoodByeBuilder implements Builder {

    //聚合产品类
    private AutoMessage autoMessage;
    public GoodByeBuilder() {
        autoMessage=new GoodbyeMessage();
    }
    @Override
    public void buildTo(String to) {
        autoMessage.setTo(to);

    }

    @Override
    public void buildFrom(String from) {
        autoMessage.setFrom(from);

    }

    @Override
    public void buildSubject() {
        autoMessage.setSubject("欢迎邮件");

    }

    @Override
    public void buildBody() {
        autoMessage.setBody("欢迎内容");

    }

    @Override
    public void buildSendDate() {
        autoMessage.setSendDate(new Date());

    }

    @Override
    public void sendMessage() {
        autoMessage.send();

    }
}

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5.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。

package com.itheima.pattern.director;

import com.itheima.pattern.builder.Builder;

public class Director {
    //依赖建造者
    private Builder builder;
    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();
    }
}

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6.客户端

package com.itheima.pattern.client;

import com.itheima.pattern.builder.Builder;
import com.itheima.pattern.builder.WelComeBuilder;
import com.itheima.pattern.director.Director;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Builder builder=new WelComeBuilder();
        Director director = new Director(builder);
        director.construct("杨永鑫", "刘翠红");
        builder.sendMessage();
    }
}

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3.java设计模式-建造者模式

Java设计模式-建造者模式

1.产品的内部表象

2.对象性质的建造

3.建造模式的结构

4.在什么情况下使用建造模式

源代码

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