一、建造者模式概述
建造者模式: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。
二、建造者模式结构与实现
2.1 建造者模式结构
建造者模式包含以下4个角色:
- Builder(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。Builder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。
- Product(产品):它是被创建的复杂对象,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):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,在客户端确定具体建造者的类型,并实例化具体建造者对象,然后通过指挥者类的构造函数或者Setter方法将该对象传入指挥者类中。
3.2 建造者模式的实现
用一个练习的demo来举个栗子:
复杂产品对象的代码:
/**
* 视频播放软件实体model
*/
public class VideoPlayer {
private String menu;//菜单
private String playlist;//播放列表
private String mainWindow;//主窗口
private String controlStrip;//控制条
private String favoritesList;//收藏列表
public String getMenu() {
return menu;
}
public void setMenu(String menu) {
this.menu = menu;
}
//getset方法省略...
}
抽象建造者的代码:
/**
* 抽象建造者
*/
public abstract class VideoPlayerBuilder {
protected VideoPlayer videoPlayer = new VideoPlayer();
public abstract void buildMenu();
public abstract void buildplaylist();
public abstract void buildMainWindow();
public abstract void buildControlStrip();
public abstract void buildFavoritesList();
//钩子方法,用于区分是什么模式,子类可以重新此方法
public String getModelType(){
return "";
}
public VideoPlayer createVideoPlayer(){
return videoPlayer;
}
}
具体建造者的代码:
/**
* 完整模式
*/
public class FullPlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{
@Override
public void buildMenu() {
System.out.println("主模式-菜单");
}
@Override
public void buildplaylist() {
System.out.println("主模式-播放列表");
}
@Override
public void buildMainWindow() {
System.out.println("主模式-主窗口");
}
@Override
public void buildControlStrip() {
System.out.println("主模式-控制条");
}
@Override
public void buildFavoritesList() {
}
@Override
public String getModelType() {
return "full";
}
}
/**
* 记忆模式
*/
public class MemoryPlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{
@Override
public void buildMenu() {
}
@Override
public void buildplaylist() {
}
@Override
public void buildMainWindow() {
System.out.println("记忆模式-主窗口");
}
@Override
public void buildControlStrip() {
System.out.println("记忆模式-控制条");
}
@Override
public void buildFavoritesList() {
System.out.println("记忆模式-收藏列表");
}
@Override
public String getModelType() {
return "memory";
}
}
/**
* 网络模式
*/
public class NetworkPlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{
@Override
public void buildMenu() {
System.out.println("网络模式-菜单");
}
@Override
public void buildplaylist() {
System.out.println("网络模式-播放列表");
}
@Override
public void buildMainWindow() {
System.out.println("网络模式-主窗口");
}
@Override
public void buildControlStrip() {
System.out.println("网络模式-控制条");
}
@Override
public void buildFavoritesList() {
System.out.println("网络模式-收藏列表");
}
@Override
public String getModelType() {
return "network";
}
}
/**
* 精简模式
*/
public class StreamlinePlayerBuilder extends VideoPlayerBuilder{
@Override
public void buildMenu() {
}
@Override
public void buildplaylist() {
}
@Override
public void buildMainWindow() {
System.out.println("精简模式-主窗口");
}
@Override
public void buildControlStrip() {
System.out.println("精简模式-控制条");
}
@Override
public void buildFavoritesList() {
}
@Override
public String getModelType() {
return "streamline";
}
}
指挥者的代码:
/**
* VideoPlayerController充当指挥者角色
*/
public class VideoPlayerController {
/**
* 逐步构建复杂对象
*
* @param builder
* @return
*/
public VideoPlayer construct(VideoPlayerBuilder builder) {
VideoPlayer videoPlayer;
builder.buildMainWindow();
builder.buildControlStrip();
String modelType = builder.getModelType();
if ("full".equals(modelType)) {
builder.buildMenu();
builder.buildplaylist();
} else if ("memory".equals(modelType)) {
builder.buildFavoritesList();
} else {
builder.buildMenu();
builder.buildplaylist();
builder.buildFavoritesList();
}
videoPlayer = builder.createVideoPlayer();
return videoPlayer;
}
}
配置文件:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-16" ?>
<config>
<className>creationalpatterns.builderpattern.MemoryPlayerBuilder</className>
</config>
工具类:
public class XMLUtil {
//该方法用于从XML配置文件提取具体类的类名,并返回一个实例对象
public static Object getBean() {
try {
DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder documentBuilder = dFactory.newDocumentBuilder();
Document document = documentBuilder.parse("src/resources/builderconfig.xml");
NodeList nodeList = document.getElementsByTagName("className");
Node firstChild = nodeList.item(0).getFirstChild();
String cName = firstChild.getNodeValue();
Class<?> c = Class.forName(cName);
Object obj = c.newInstance();
return obj;
} catch (Exception e) {
e.printstacktrace();
return null;
}
}
}
客户端的代码:
public class Client {
public static void main(String[] args) {
/**
* 案例需求描述:
* 某公司要开发一个视频播放软件,为了给用户的使用提供方便,该播放软件提供多种界面显示模式,
* 如完整模式,精简模式,记忆模式,网络模式等。在不同的显示模式下主界面的组成元素有所差异,
* 如在完整模式下将显示菜单、播放按钮、主窗口、控制条等,
* 在精简模式下只显示主窗口和控制条,
* 在记忆模式下将显示主窗口、控制条、收藏列表等。
* 请使用建造者模式设计该软件。
* (ps:此案例为笔者的练习demo,可能存在问题,仅供参松,谢谢)
*/
VideoPlayerBuilder vpb;
vpb = (VideoPlayerBuilder)XMLUtil.getBean();
VideoPlayerController vpc = new VideoPlayerController();
VideoPlayer vp = vpc.construct(vpb);
System.out.println("ok");
}
}
三、指挥者类的深入探讨
3.1 省略Director
为了简化系统结构,可以将Director和抽象建造者Builder进行合并,在Builder中提供逐步构建复杂产品对象的construct()方法。
示例代码:
/**
* 抽象建造者
*/
public abstract class VideoPlayerBuilder {
protected VideoPlayer videoPlayer = new VideoPlayer();
public abstract void buildMenu();
public abstract void buildplaylist();
public abstract void buildMainWindow();
public abstract void buildControlStrip();
public abstract void buildFavoritesList();
//钩子方法,用于区分是什么模式,子类可以重新此方法
public String getModelType(){
return "";
}
public VideoPlayer createVideoPlayer(){
return videoPlayer;
}
//逐步构建复杂产品对象的construct方法
public VideoPlayer construct(VideoPlayerBuilder builder) {
VideoPlayer videoPlayer;
builder.buildMainWindow();
builder.buildControlStrip();
String modelType = builder.getModelType();
if ("full".equals(modelType)) {
builder.buildMenu();
builder.buildplaylist();
} else if ("memory".equals(modelType)) {
builder.buildFavoritesList();
} else {
builder.buildMenu();
builder.buildplaylist();
builder.buildFavoritesList();
}
videoPlayer = builder.createVideoPlayer();
return videoPlayer;
}
}
这种省略方法不影响系统的灵活性和可扩展性,同时简化了系统结构,但是加重了抽象建造者类的职责。如果construct方法比较复杂,待构建产品的组成部分较多,建议还是将construct()方法单独封装在Director中,这样更符合单一职责原则。
3.2 钩子方法的引入
通过引入钩子方法,可以在Director中对复杂产品的构建进行精细的控制,不仅指定buildPartX()方法的执行顺序,还可以控制是否需要执行某个buildPartX()方法。
四、建造者模式优缺点与适用环境
4.1 建造者模式的优点
- 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,使得相同的构建过程可以创建不同的产品。
- 每一个具体构建者都相对独立,而与其他的具体构建者无关,因此可以很方便第替换具体构建者或增加新的具体构建者。
- 可以更加精细地控制产品的创建过程。
4.2 建造者模式的缺点
- 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,并不适合适用建造者模式
- 如果产品的内部变化复杂,可能会导致需要定义很多具体构建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。
4.3 建造者模式的适用环境
- 需要生成的产品对象具有复杂的内部结构,这些产品对象通常包含多个成员变量。
- 需要生成的产品对象的属性相互依赖,需要指定生成顺序。
- 对象的创建过程独立于创建该对象的类。
- 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。
【参考文献】:
本文是根据刘伟的《Java设计模式》一书的学习笔记,仅供学习用途,勿做其他用途,请尊重知识产权。
【本文代码仓库】:https://gitee.com/xiongbomy/java-design-pattern.git