2019-06-09 10:16  阅读(3666)
文章分类:史上最全设计模式 文章标签:设计模式Java 设计模式
©  原文作者:Liuwei-Sunny 原文地址:https://blog.csdn.net/lovelion

作者:Liuwei-Sunny

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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。

8.1 游戏角色设计

Sunny软件公司游戏开发小组决定开发一款名为《Sunny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。

Sunny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。

Sunny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8-1所示:

2019060910034_1.png

图8-1 几种不同的游戏角色造型

(注:本图中的游戏角色造型来源于网络,特此说明)

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。如何一步步创建一个包含多个组成部分的复杂对象,建造者模式为解决此类问题而诞生。

8.2 建造者模式概述

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。

建造者模式定义如下:

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。

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8-2所示:

2019060910034_2.png

图8-2 建造者模式结构图

在建造者模式结构图中包含如下几个角色:

● 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方法将该对象传入指挥者类中。

在建造者模式的定义中提到了复杂对象,那么什么是复杂对象?简单来说,复杂对象是指那些包含多个成员属性的对象,这些成员属性也称为部件或零件,如汽车包括方向盘、发动机、轮胎等部件,电子邮件包括发件人、收件人、主题、内容、附件等部件,一个典型的复杂对象类代码示例如下:

classProduct {      private StringpartA;//定义部件,部件可以是任意类型,包括值类型和引用类型      private StringpartB;      private StringpartC;      //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}
classProduct {      private StringpartA;//定义部件,部件可以是任意类型,包括值类型和引用类型      private StringpartB;      private StringpartC;      //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}

在抽象建造者类中定义了产品的创建方法和返回方法,其典型代码如下:

abstractclassBuilder{    //创建产品对象      protected Productproduct=newProduct();            public abstractvoidbuildPartA();      public abstractvoidbuildPartB();      public abstractvoidbuildPartC();          //返回产品对象      public ProductgetResult(){             return product;      }}
abstractclassBuilder{    //创建产品对象      protected Productproduct=newProduct();            public abstractvoidbuildPartA();      public abstractvoidbuildPartB();      public abstractvoidbuildPartC();          //返回产品对象      public ProductgetResult(){             return product;      }}

在抽象类Builder中声明了一系列抽象的buildPartX()方法用于创建复杂产品的各个部件,具体建造过程在ConcreteBuilder中实现,此外还提供了工厂方法getResult(),用于返回一个建造好的完整产品。

在ConcreteBuilder中实现了buildPartX()方法,通过调用Product的setPartX()方法可以给产品对象的成员属性设值。不同的具体建造者在实现buildPartX()方法时将有所区别,如setPartX()方法的参数可能不一样,在有些具体建造者类中某些setPartX()方法无须实现(提供一个空实现)。而这些对于客户端来说都无须关心,客户端只需知道具体建造者类型即可。

在建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director,该类主要有两个作用:一方面它隔离了客户与创建过程;另一方面它控制产品的创建过程,包括某个buildPartX()方法是否被调用以及多个buildPartX()方法调用的先后次序等。指挥者针对抽象建造者编程,客户端只需要知道具体建造者的类型,即可通过指挥者类调用建造者的相关方法,返回一个完整的产品对象。在实际生活中也存在类似指挥者一样的角色,如一个客户去购买电脑,电脑销售人员相当于指挥者,只要客户确定电脑的类型,电脑销售人员可以通知电脑组装人员给客户组装一台电脑。指挥者类的代码示例如下:

classDirector{      private Builderbuilder;            public Director(Builderbuilder){             this.builder=builder;      }            public voidsetBuilder(Builderbuilder){             this.builder=builer;      }          //产品构建与组装方法      publicProductconstruct() {             builder.buildPartA();             builder.buildPartB();             builder.buildPartC();             returnbuilder.getResult();      }}
classDirector{      private Builderbuilder;            public Director(Builderbuilder){             this.builder=builder;      }            public voidsetBuilder(Builderbuilder){             this.builder=builer;      }          //产品构建与组装方法      publicProductconstruct() {             builder.buildPartA();             builder.buildPartB();             builder.buildPartC();             returnbuilder.getResult();      }}

在指挥者类中可以注入一个抽象建造者类型的对象,其核心在于提供了一个建造方法construct(),在该方法中调用了builder对象的构造部件的方法,最后返回一个产品对象。

对于客户端而言,只需关心具体的建造者即可,一般情况下,客户端类代码片段如下所示:

……Builder builder=newConcreteBuilder();//可通过配置文件实现Directordirector=new Director(builder);Productproduct=director.construct();……
……Builder builder=newConcreteBuilder();//可通过配置文件实现Directordirector=new Director(builder);Productproduct=director.construct();……

可以通过配置文件来存储具体建造者类ConcreteBuilder的类名,使得更换新的建造者时无须修改源代码,系统扩展更为方便。在客户端代码中,无须关心产品对象的具体组装过程,只需指定具体建造者的类型即可。

建造者模式与抽象工厂模式有点相似,但是建造者模式返回一个完整的复杂产品,而抽象工厂模式返回一系列相关的产品;在抽象工厂模式中,客户端通过选择具体工厂来生成所需对象,而在建造者模式中,客户端通过指定具体建造者类型并指导Director类如何去生成对象,侧重于一步步构造一个复杂对象,然后将结果返回。如果将抽象工厂模式看成一个汽车配件生产厂,生成不同类型的汽车配件,那么建造者模式就是一个汽车组装厂,通过对配件进行组装返回一辆完整的汽车。

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