# 復雜對象的組裝與創建——建造者模式(一)
沒有人買車會只買一個輪胎或者方向盤,大家買的都是一輛包含輪胎、方向盤和發動機等多個部件的完整汽車。如何將這些部件組裝成一輛完整的汽車并返回給用戶,這是建造者模式需要解決的問題。建造者模式又稱為生成器模式,它是一種較為復雜、使用頻率也相對較低的創建型模式。建造者模式為客戶端返回的不是一個簡單的產品,而是一個由多個部件組成的復雜產品。
8.1 游戲角色設計
Sunny軟件公司游戲開發小組決定開發一款名為《Sunny群俠傳》的網絡游戲,該游戲采用主流的RPG(Role Playing Game,角色扮演游戲)模式,玩家可以在游戲中扮演虛擬世界中的一個特定角色,角色根據不同的游戲情節和統計數據(如力量、魔法、技能等)具有不同的能力,角色也會隨著不斷升級而擁有更加強大的能力。
作為RPG游戲的一個重要組成部分,需要對游戲角色進行設計,而且隨著該游戲的升級將不斷增加新的角色。不同類型的游戲角色,其性別、臉型、服裝、發型等外部特性都有所差異,例如“天使”擁有美麗的面容和披肩的長發,并身穿一襲白裙;而“惡魔”極其丑陋,留著光頭并穿一件刺眼的黑衣。
Sunny公司決定開發一個小工具來創建游戲角色,可以創建不同類型的角色并可以靈活增加新的角色。
Sunny公司的開發人員通過分析發現,游戲角色是一個復雜對象,它包含性別、臉型等多個組成部分,不同的游戲角色其組成部分有所差異,如圖8-1所示:

圖8-1 幾種不同的游戲角色造型
(注:本圖中的游戲角色造型來源于網絡,特此說明)
無論是何種造型的游戲角色,它的創建步驟都大同小異,都需要逐步創建其組成部分,再將各組成部分裝配成一個完整的游戲角色。如何一步步創建一個包含多個組成部分的復雜對象,建造者模式為解決此類問題而誕生。
8.2 建造者模式概述
建造者模式是較為復雜的創建型模式,它將客戶端與包含多個組成部分(或部件)的復雜對象的創建過程分離,客戶端無須知道復雜對象的內部組成部分與裝配方式,只需要知道所需建造者的類型即可。它關注如何一步一步創建一個的復雜對象,不同的具體建造者定義了不同的創建過程,且具體建造者相互獨立,增加新的建造者非常方便,無須修改已有代碼,系統具有較好的擴展性。
建造者模式定義如下:
建造者模式(Builder Pattern):將一個復雜對象的構建與它的表示分離,使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。建造者模式是一種對象創建型模式。
建造者模式一步一步創建一個復雜的對象,它允許用戶只通過指定復雜對象的類型和內容就可以構建它們,用戶不需要知道內部的具體構建細節。建造者模式結構如圖8-2所示:

圖8-2 建造者模式結構圖
在建造者模式結構圖中包含如下幾個角色:
● Builder(抽象建造者):它為創建一個產品Product對象的各個部件指定抽象接口,在該接口中一般聲明兩類方法,一類方法是buildPartX(),它們用于創建復雜對象的各個部件;另一類方法是getResult(),它們用于返回復雜對象。Builder既可以是抽象類,也可以是接口。
●ConcreteBuilder(具體建造者):它實現了Builder接口,實現各個部件的具體構造和裝配方法,定義并明確它所創建的復雜對象,也可以提供一個方法返回創建好的復雜產品對象。
●Product(產品角色):它是被構建的復雜對象,包含多個組成部件,具體建造者創建該產品的內部表示并定義它的裝配過程。
● Director(指揮者):指揮者又稱為導演類,它負責安排復雜對象的建造次序,指揮者與抽象建造者之間存在關聯關系,可以在其construct()建造方法中調用建造者對象的部件構造與裝配方法,完成復雜對象的建造。客戶端一般只需要與指揮者進行交互,在客戶端確定具體建造者的類型,并實例化具體建造者對象(也可以通過配置文件和反射機制),然后通過指揮者類的構造函數或者Setter方法將該對象傳入指揮者類中。
在建造者模式的定義中提到了復雜對象,那么什么是復雜對象?簡單來說,復雜對象是指那些包含多個成員屬性的對象,這些成員屬性也稱為部件或零件,如汽車包括方向盤、發動機、輪胎等部件,電子郵件包括發件人、收件人、主題、內容、附件等部件,一個典型的復雜對象類代碼示例如下:
```
class Product {
private String partA; //定義部件,部件可以是任意類型,包括值類型和引用類型
private String partB;
private String partC;
//partA的Getter方法和Setter方法省略
//partB的Getter方法和Setter方法省略
//partC的Getter方法和Setter方法省略
}
```
在抽象建造者類中定義了產品的創建方法和返回方法,其典型代碼如下:
```
abstract class Builder {
//創建產品對象
protected Product product=new Product();
public abstract void buildPartA();
public abstract void buildPartB();
public abstract void buildPartC();
//返回產品對象
public Product getResult() {
return product;
}
}
```
在抽象類Builder中聲明了一系列抽象的buildPartX()方法用于創建復雜產品的各個部件,具體建造過程在ConcreteBuilder中實現,此外還提供了工廠方法getResult(),用于返回一個建造好的完整產品。
在ConcreteBuilder中實現了buildPartX()方法,通過調用Product的setPartX()方法可以給產品對象的成員屬性設值。不同的具體建造者在實現buildPartX()方法時將有所區別,如setPartX()方法的參數可能不一樣,在有些具體建造者類中某些setPartX()方法無須實現(提供一個空實現)。而這些對于客戶端來說都無須關心,客戶端只需知道具體建造者類型即可。
在建造者模式的結構中還引入了一個指揮者類Director,該類主要有兩個作用:一方面它隔離了客戶與創建過程;另一方面它控制產品的創建過程,包括某個buildPartX()方法是否被調用以及多個buildPartX()方法調用的先后次序等。指揮者針對抽象建造者編程,客戶端只需要知道具體建造者的類型,即可通過指揮者類調用建造者的相關方法,返回一個完整的產品對象。在實際生活中也存在類似指揮者一樣的角色,如一個客戶去購買電腦,電腦銷售人員相當于指揮者,只要客戶確定電腦的類型,電腦銷售人員可以通知電腦組裝人員給客戶組裝一臺電腦。指揮者類的代碼示例如下:
```
class Director {
private Builder builder;
public Director(Builder builder) {
this.builder=builder;
}
public void setBuilder(Builder builder) {
this.builder=builer;
}
//產品構建與組裝方法
public Product construct() {
builder.buildPartA();
builder.buildPartB();
builder.buildPartC();
return builder.getResult();
}
}
```
在指揮者類中可以注入一個抽象建造者類型的對象,其核心在于提供了一個建造方法construct(),在該方法中調用了builder對象的構造部件的方法,最后返回一個產品對象。
對于客戶端而言,只需關心具體的建造者即可,一般情況下,客戶端類代碼片段如下所示:
```
……
Builder builder = new ConcreteBuilder(); //可通過配置文件實現
Director director = new Director(builder);
Product product = director.construct();
……
```
可以通過配置文件來存儲具體建造者類ConcreteBuilder的類名,使得更換新的建造者時無須修改源代碼,系統擴展更為方便。在客戶端代碼中,無須關心產品對象的具體組裝過程,只需指定具體建造者的類型即可。
建造者模式與抽象工廠模式有點相似,但是建造者模式返回一個完整的復雜產品,而抽象工廠模式返回一系列相關的產品;在抽象工廠模式中,客戶端通過選擇具體工廠來生成所需對象,而在建造者模式中,客戶端通過指定具體建造者類型并指導Director類如何去生成對象,側重于一步步構造一個復雜對象,然后將結果返回。如果將抽象工廠模式看成一個汽車配件生產廠,生成不同類型的汽車配件,那么建造者模式就是一個汽車組裝廠,通過對配件進行組裝返回一輛完整的汽車。
思考
> 如果沒有指揮者類Director,客戶端將如何構建復雜產品?
- Introduction
- 基礎知識
- 設計模式概述
- 從招式與內功談起——設計模式概述(一)
- 從招式與內功談起——設計模式概述(二)
- 從招式與內功談起——設計模式概述(三)
- 面向對象設計原則
- 面向對象設計原則之單一職責原則
- 面向對象設計原則之開閉原則
- 面向對象設計原則之里氏代換原則
- 面向對象設計原則之依賴倒轉原則
- 面向對象設計原則之接口隔離原則
- 面向對象設計原則之合成復用原則
- 面向對象設計原則之迪米特法則
- 六個創建型模式
- 簡單工廠模式-Simple Factory Pattern
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(一)
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(二)
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(三)
- 工廠三兄弟之簡單工廠模式(四)
- 工廠方法模式-Factory Method Pattern
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(一)
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(二)
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(三)
- 工廠三兄弟之工廠方法模式(四)
- 抽象工廠模式-Abstract Factory Pattern
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(一)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(二)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(三)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(四)
- 工廠三兄弟之抽象工廠模式(五)
- 單例模式-Singleton Pattern
- 確保對象的唯一性——單例模式 (一)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (二)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (三)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (四)
- 確保對象的唯一性——單例模式 (五)
- 原型模式-Prototype Pattern
- 對象的克隆——原型模式(一)
- 對象的克隆——原型模式(二)
- 對象的克隆——原型模式(三)
- 對象的克隆——原型模式(四)
- 建造者模式-Builder Pattern
- 復雜對象的組裝與創建——建造者模式(一)
- 復雜對象的組裝與創建——建造者模式(二)
- 復雜對象的組裝與創建——建造者模式(三)
- 七個結構型模式
- 適配器模式-Adapter Pattern
- 不兼容結構的協調——適配器模式(一)
- 不兼容結構的協調——適配器模式(二)
- 不兼容結構的協調——適配器模式(三)
- 不兼容結構的協調——適配器模式(四)
- 橋接模式-Bridge Pattern
- 處理多維度變化——橋接模式(一)
- 處理多維度變化——橋接模式(二)
- 處理多維度變化——橋接模式(三)
- 處理多維度變化——橋接模式(四)
- 組合模式-Composite Pattern
- 樹形結構的處理——組合模式(一)
- 樹形結構的處理——組合模式(二)
- 樹形結構的處理——組合模式(三)
- 樹形結構的處理——組合模式(四)
- 樹形結構的處理——組合模式(五)
- 裝飾模式-Decorator Pattern
- 擴展系統功能——裝飾模式(一)
- 擴展系統功能——裝飾模式(二)
- 擴展系統功能——裝飾模式(三)
- 擴展系統功能——裝飾模式(四)
- 外觀模式-Facade Pattern
- 深入淺出外觀模式(一)
- 深入淺出外觀模式(二)
- 深入淺出外觀模式(三)
- 享元模式-Flyweight Pattern
- 實現對象的復用——享元模式(一)
- 實現對象的復用——享元模式(二)
- 實現對象的復用——享元模式(三)
- 實現對象的復用——享元模式(四)
- 實現對象的復用——享元模式(五)
- 代理模式-Proxy Pattern
- 設計模式之代理模式(一)
- 設計模式之代理模式(二)
- 設計模式之代理模式(三)
- 設計模式之代理模式(四)
- 十一個行為型模式
- 職責鏈模式-Chain of Responsibility Pattern
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(一)
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(二)
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(三)
- 請求的鏈式處理——職責鏈模式(四)
- 命令模式-Command Pattern
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(一)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(二)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(三)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(四)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(五)
- 請求發送者與接收者解耦——命令模式(六)
- 解釋器模式-Interpreter Pattern
- 自定義語言的實現——解釋器模式(一)
- 自定義語言的實現——解釋器模式(二)
- 自定義語言的實現——解釋器模式(三)
- 自定義語言的實現——解釋器模式(四)
- 自定義語言的實現——解釋器模式(五)
- 自定義語言的實現——解釋器模式(六)
- 迭代器模式-Iterator Pattern
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(一)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(二)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(三)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(四)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(五)
- 遍歷聚合對象中的元素——迭代器模式(六)
- 中介者模式-Mediator Pattern
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(一)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(二)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(三)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(四)
- 協調多個對象之間的交互——中介者模式(五)
- 備忘錄模式-Memento Pattern
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(一)
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(二)
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(三)
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(四)
- 撤銷功能的實現——備忘錄模式(五)
- 觀察者模式-Observer Pattern
- 對象間的聯動——觀察者模式(一)
- 對象間的聯動——觀察者模式(二)
- 對象間的聯動——觀察者模式(三)
- 對象間的聯動——觀察者模式(四)
- 對象間的聯動——觀察者模式(五)
- 對象間的聯動——觀察者模式(六)
- 狀態模式-State Pattern
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(一)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(二)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(三)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(四)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(五)
- 處理對象的多種狀態及其相互轉換——狀態模式(六)
- 策略模式-Strategy Pattern
- 算法的封裝與切換——策略模式(一)
- 算法的封裝與切換——策略模式(二)
- 算法的封裝與切換——策略模式(三)
- 算法的封裝與切換——策略模式(四)
- 模板方法模式-Template Method Pattern
- 模板方法模式深度解析(一)
- 模板方法模式深度解析(二)
- 模板方法模式深度解析(三)
- 訪問者模式-Visitor Pattern
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(一)
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(二)
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(三)
- 操作復雜對象結構——訪問者模式(四)
- 設計模式趣味學習(復習)
- 設計模式與足球(一)
- 設計模式與足球(二)
- 設計模式與足球(三)
- 設計模式與足球(四)
- 設計模式綜合應用實例
- 多人聯機射擊游戲
- 多人聯機射擊游戲中的設計模式應用(一)
- 多人聯機射擊游戲中的設計模式應用(二)
- 數據庫同步系統
- 設計模式綜合實例分析之數據庫同步系統(一)
- 設計模式綜合實例分析之數據庫同步系統(二)
- 設計模式綜合實例分析之數據庫同步系統(三)