创建型设计模式--建造者模式

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创建型设计模式--建造者模式

markfork 2016-10-20 13:25:00 浏览296
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记录结构:

          --1.前言
          --2.实际问题引入(需求)
          --3.使用建造者模式解决问题
             --3.1建造者模式简述
             --3.2建造者模式类图
             --3.3建造者模式完整解决方案
          --4.建造者模式总结

1.前言

没有人买车会只买一个轮胎或者方向盘,大家买的都是一辆包含轮胎、方向盘和发动机等多个部件的完整汽车。如何将这些部件组装成一辆完整的汽车并返回给用户,这是建造者模式需要解决的问题。建造者模式又称为生成器模式,它是一种较为复杂、使用频率也相对较低的创建型模式。建造者模式为客户端返回的不是一个简单的产品,而是一个由多个部件组成的复杂产品。

2.实际问题引入(需求)

游戏角色设计
YY软件公司游戏开发小组决定开发一款名为《 YY群侠传》的网络游戏,该游戏采用主流的 RPG(Role Playing Game,角色扮演游戏)模式,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(如力量、魔法、技能等)具有不同的能力,角色也会随着不断升级而拥有更加强大的能力。
作为 RPG 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增加新的角色。不同类型的游戏角色,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的长发,并身穿一袭白裙;而“恶魔”极其丑陋,留着光头并穿一件刺眼的黑衣。
YY公司决定开发一个小工具来创建游戏角色,可以创建不同类型的角色并可以灵活增加新的角色。

YY公司的开发人员通过分析发现,游戏角色是一个复杂对象,它包含性别、脸型等多个组成部分,不同的游戏角色其组成部分有所差异,如图所示:

img_6752374f58f302998013e317739abaea.gif
创建型设计模式.gif (注:本图中的游戏角色造型来源于网络,特此说明)

3.使用建造者模式解决问题

3.1.建造者模式简述:

建造者模式是较为复杂的创建型模式,它将客户端与包含多个组成部分(或部件)的复杂对象的创建过程分离,客户端无须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。它关注如何一步一步创建一个的复杂对象,不同的具体建造者定义了不同的创建过程,且具体建造者相互独立,增加新的建造者非常方便,无须修改已有代码,系统具有较好的扩展性。
建造者模式(Builder Pattern):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型模式。

3.2.建造者模式类图:
建造者模式一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们,用户不需要知道内部的具体构建细节。建造者模式结构如图所示:

img_fb1b703215d2e555fa4fa3412e72bcdf.gif
建造者模式类图.gif

各组件详解:

Builder(抽象建造者):它为创建一个产品 Product 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。Builder 既可以是抽象类,也可以是接口。
ConcreteBuilder(具体建造者):它实现了 Builder 接口,实现各个部件的具体构造和装配方法,定义并明确它所创建的复杂对象,也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。
Product(产品角色):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。
Director(指挥者):指挥者又称为导演类,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聚合关系,可以在其 construct() 建造方法中调用建造者对象(使用多态,其实调用的是具体建造者的对象)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,在客户端确定具体建造者的类型,并实例化具体建造者对象(也可以通过配置文件和反射机制),然后通过指挥者类的构造函数或者 Setter 方法将该对象(具体建造者)传入指挥者类中。

3.3建造者模式完整解决方案
YY公司开发人员决定使用建造者模式来实现游戏角色的创建,其基本结构如图所示:

img_b5390c5aa933a05896effae0443c1c19.gif
建造者模式解决游戏人物创建结构类图.gif

在图中,ActorController 充当指挥者,ActorBuilder 充当抽象建造者,HeroBuilder、AngelBuilder 和 DevilBuilder 充当具体建造者,Actor 充当复杂产品。完整代码如下所示:

//Actor角色类:复杂产品,考虑到代码的可读性,只列出部分成员属性,
//且成员属性的类型均为String,真实情况下,有些成员属性的类型需自定义
class Actor
{
       private  String type; //角色类型
       private  String sex; //性别
       private  String face; //脸型
       private  String costume; //服装
       private  String hairstyle; //发型

       public  void setType(String type) {
              this.type  = type;
       }
       public  void setSex(String sex) {
              this.sex  = sex;
       }
       public  void setFace(String face) {
              this.face  = face;
       }
       public  void setCostume(String costume) {
              this.costume  = costume;
       }
       public  void setHairstyle(String hairstyle) {
              this.hairstyle  = hairstyle;
       }
       public  String getType() {
              return  (this.type);
       }
       public  String getSex() {
              return  (this.sex);
       }
       public  String getFace() {
              return  (this.face);
       }
       public  String getCostume() {
              return  (this.costume);
       }
       public  String getHairstyle() {
              return  (this.hairstyle);
       }
}

//角色建造器:抽象建造者
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();

       //工厂方法,返回一个完整的游戏角色对象
       public Actor createActor()
       {
              return actor;
       }
}

//英雄角色建造器:具体建造者
class HeroBuilder extends ActorBuilder
{
       public  void buildType()
       {
              actor.setType("英雄");
       }
       public  void buildSex()
       {
              actor.setSex("男");
       }
       public  void buildFace()
       {
              actor.setFace("英俊");
       }
       public  void buildCostume()
       {
              actor.setCostume("盔甲");
       }
       public  void buildHairstyle()
       {
              actor.setHairstyle("飘逸");
       }    
}

//天使角色建造器:具体建造者
class AngelBuilder extends ActorBuilder
{
       public  void buildType()
       {
              actor.setType("天使");
       }
       public  void buildSex()
       {
              actor.setSex("女");
       }
       public  void buildFace()
       {
              actor.setFace("漂亮");
       }
       public  void buildCostume()
       {
              actor.setCostume("白裙");
       }
       public  void buildHairstyle()
       {
              actor.setHairstyle("披肩长发");
       }    
}

//恶魔角色建造器:具体建造者
class DevilBuilder extends ActorBuilder
{
       public  void buildType()
       {
              actor.setType("恶魔");
       }
       public  void buildSex()
       {
              actor.setSex("妖");
       }
       public  void buildFace()
       {
              actor.setFace("丑陋");
       }
       public  void buildCostume()
       {
              actor.setCostume("黑衣");
       }
       public  void buildHairstyle()
       {
              actor.setHairstyle("光头");
       }    
}

指挥者类 ActorController 定义了 construct() 方法,该方法拥有一个抽象建造者 ActorBuilder 类型的参数,在该方法内部实现了游戏角色对象的逐步构建,代码如下所示:

//游戏角色创建控制器:指挥者
class ActorController
{
    //逐步构建复杂产品对象
       public Actor construct(ActorBuilder ab)
       {
              Actor actor;
              ab.buildType();
              ab.buildSex();
              ab.buildFace();
              ab.buildCostume();
              ab.buildHairstyle();
              actor=ab.createActor();
              return actor;
       }
}

为了提高系统的灵活性和可扩展性,我们将具体建造者类的类名存储在配置文件中,并通过工具类 XMLUtil 来读取配置文件并反射生成对象,XMLUtil 类的代码如下所示:

import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import org.xml.sax.SAXException;
import java.io.*;
class XMLUtil
{
//该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名,并返回一个实例对象
       public  static Object getBean()
       {
              try
              {
                     //创建文档对象
                     DocumentBuilderFactory  dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
                     DocumentBuilder  builder = dFactory.newDocumentBuilder();
                     Document  doc;                                                
                     doc  = builder.parse(new File("config.xml"));

                     //获取包含类名的文本节点
                     NodeList  nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node  classNode=nl.item(0).getFirstChild();
            String  cName=classNode.getNodeValue();

            //通过类名生成实例对象并将其返回
            Class c=Class.forName(cName);
                 Object obj=c.newInstance();
            return obj;
         }  
         catch(Exception e)
         {
              e.printStackTrace();
              return null;
          }
       }
}

编写如下客户端测试代码:

class Client {
       public  static void main(String args[])
       {
              ActorBuilder ab; //针对抽象建造者编程
              ab =  (ActorBuilder)XMLUtil.getBean(); //反射生成具体建造者对象

         ActorController ac = new  ActorController();
              Actor actor;
              actor = ac.construct(ab); //通过指挥者创建完整的建造者对象

              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());
       }
}

编译并运行程序,输出结果如下:

天使的外观:
性别:女
面容:漂亮
服装:白裙
发型:披肩长发

在建造者模式中,客户端只需实例化指挥者类,指挥者类针对抽象建造者编程,客户端根据需要传入具体的建造者类型,指挥者将指导具体建造者一步一步构造一个完整的产品(逐步调用具体建造者的 buildX() 方法),相同的构造过程可以创建完全不同的产品。在游戏角色实例中,如果需要更换角色,只需要修改配置文件,更换具体角色建造者类即可;如果需要增加新角色,可以增加一个新的具体角色建造者类作为抽象角色建造者的子类,再修改配置文件即可,原有代码无须修改,完全符合“开闭原则”。

4.建造者模式总结

建造者模式的核心在于如何一步步构建一个包含多个组成部件的完整对象,使用相同的构建过程构建不同的产品,在软件开发中,如果我们需要创建复杂对象并希望系统具备很好的灵活性和可扩展性可以考虑使用建造者模式。

主要优点

建造者模式的主要优点如下:

(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增加新的具体建造者,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须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,也更方便使用程序来控制创建过程。

主要缺点

建造者模式的主要缺点如下:

(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,因此其使用范围受到一定的限制。

(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,导致系统变得很庞大,增加系统的理解难度和运行成本。

适用场景

在以下情况下可以考虑使用建造者模式:

(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属性。

(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了指挥者类,将创建过程封装在指挥者类中,而不在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。

特此说明:文章引用于极客学院--创建型设计模式

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