Java设计模式-创建型模式-建造者模式

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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。

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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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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

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;
    }
}
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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");
    }
}
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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");
    }
}
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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");
    }
}
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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;
    }
}
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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;
    }
}
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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>
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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;
        }
    }
}
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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());
    }
}
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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

英雄角色

恶魔角色

3 总结

3.1 建造者模式优点

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  1. 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。
  2. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。

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