设计模式之 Builder - 建造者模式

Builder模式也叫建造者模式或者生成器模式，是由GoF提出的23种设计模式中的一种。Builder模式是一种对象创建型模式之一，用来隐藏复合对象的创建过程，它把复合对象的创建过程加以抽象，通过子类继承和重载的方式，动态地创建具有复合属性的对象。

本文介绍设计模式中的建造者（Builder）模式的概念，用法，以及实际应用中怎么样使用Builder模式进行开发。

Builder模式的概念

Builder模式是一种对象创建型模式，它跟工厂模式（包括工厂方法模式与虚拟工厂模式）一样，都用来创建类的对象。我们先阐述一下Builder模式的定义：
Builder模式用来创建复合对象，并把复合对象的创建过程加以抽象，通过子类继承和重载的方式，动态地创建具有复合属性的对象；另一方面，为了统一创建过程，又把对象创建的操作统一封装在名为Director所提供的方法里。
复合对象的概念：
所谓复合对象，指有别于一般的对象，该对象具有不同的复合属性。比如我们把一辆汽车看成一个复合对象，是因为该汽车由多个复杂的零部件组成，这些零部件可能因为生产厂家的不同等等而不同，但这些不同的零部件最终都能被组装为一辆汽车。这些不同的零部件我们可称之为汽车的复合属性，同样可称该汽车为一个复合对象。

我们再用类图来说明Builder模式的结构，如图：

[该图出自维基百科wikipedia.org]

图示，
- Builder#buildPart方法（不同部分的创建都是一个buildPart方法）用来创建产品Product的各部分；
- ConcreteBuilder为继承自Builder的具体的创建类；
- Builder#getResult或ConcreteBuilder#getResult返回最终被创建的复合对象；
- Product为被创建的产品对象；
- Director#construct方法是对整个产品创建过程的封装；该方法内部将调用Builder#buildPart方法；一个典型的construct方法实现可能为：
public void construct(Builder builder) {
    builder.buildPart1();
    builder.buildPart2();
    ...
}
有时为了简便，又可把Director与ConcreteBuilder合并为一个类。

Builder模式与工厂模式的区别与Builder模式的应用场景

我们上面提到了，Builder模式和工厂模式一样，都属于对象创建型模式，都用来创建类的对象。但它们存在在本质的区别：
- 在工厂模式里，我们无需关心产品的各部分是如何被创建的；但在Builder模式里，会把产品的创建过程抽象为多个部分。也就是说，工厂模式被关注的是整个产品，而Builder模式被关注的是产品的组成部分的创建过程。
- 因为上述关注点的不一样，工厂模式被创建的产品是一个单一产品；Builder模式创建的是一个复合产品。

简单一点说，在具体的应用中，我们是选用工厂模式来创建对象呢还是选用Builder模式来创建对象，完全取决于我们的关注点。
比如同为创建一辆汽车，如果我们只需关注只是从工厂里造出的这一辆汽车本身（然后加以使用），我们就可以使用工厂模式来创建该汽车；但如果我们还应该关注该汽车的各部分是怎么造出来的（或者说，不同的工厂对产品的各部分的造法不一样），我们就应该使用Builder模式。

Builder模式的应用场景
- 对象的创建：Builder模式是为对象的创建而设计的模式
- 创建的是一个复合对象：被创建的对象为一个具有复合属性的复合对象
- 关注对象创建的各部分的创建过程：不同的工厂（这里指builder生成器）对产品属性有不同的创建方法

Builder模式的应用范例

下面我们举个例子来加深我们对Builder模式的理解。
比如我们要通过一个汽车加工厂，组装一辆汽车；汽车由车头，车身，车尾3部分组成；它的基本组装步骤是：
- 组装车头
- 组装车身
- 组装车尾

不管被组装的是吉普车，卡车，还是公交车，它们都可以各自重新定义车头，车身与车尾的组装方法；而通过这些被重新定义的组装方法，通过相同的组装步骤就可以组装具有不同属性的各类汽车了。
通过上面的分析，我们知道，该范例满足Builder模式的应用场景所提到的条件：
- 对象的创建：我们需要创建汽车对象
- 创建的是一个复合对象：我们需要创建的汽车对象是具有车头，车身，车尾等复合属性的复合对象
- 关注对象创建的各部分的创建过程：吉普车，卡车等对车头，车身，车尾的组装方法不尽相同


下面我们用Builder设计模式来抽象以上组装过程：
- CarDirector：汽车组装操作的封装类
- CarBuilder：汽车组装抽象类
- JeepBuilder：吉普车组装类，继承自CarBuilder类。
- Car：汽车类，包括车头，车身，车尾等属性。相当于产品类。由CarBuilder/JeepBuilder等创建。

源代码

//汽车类
public class Car {
    //车头
    private String head;
    //车身
    private String body;
    //车尾
    private String tail;

    public String getBody() {
        return body;
    }
    public void setBody(String body) {
        this.body = body;
    }
    public String getHead() {
        return head;
    }
    public void setHead(String head) {
        this.head = head;
    }
    public String getTail() {
        return tail;
    }
    public void setTail(String tail) {
        this.tail = tail;
    }
}


//汽车组装抽象类
public abstract class CarBuilder {
    //组装车头
    public abstract void makeHead();
    //组装车身
    public abstract void makeBody();
    //组装车尾
    public abstract void makeTail();
    //得到被组装好的汽车对象
    public abstract Car getCar();
}

//吉普车组装类
public class JeepBuilder extends CarBuilder {
    Car car = new Car();

    //组装车头
    public void makeHead() {
        car.setHead("Jeep head");
    }
    //组装车身
    public void makeBody() {
        car.setBody("Jeep body");
    }
    //组装车尾
    public void makeTail() {
        car.setTail("Jeep tail");
    }

    public Car getCar() {
        return car;
    }
}


//汽车组装操作的封装类：该类封装了对整个汽车的组装操作
public class CarDirector {
    //汽车的组装操作
    public void makeCar(CarBuilder builder) {
        //组装车头
        builder.makeHead();
        //组装车身
        builder.makeBody();
        //组装车尾
        builder.makeTail();
    }
}

//调用
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CarDirector director = new CarDirector();

        //创建吉普车生成器（工厂）
        CarBuilder b = new JeepBuilder();
        //调用CarDirector组装整个汽车
        director.makeCar(b);

        //得到组装好的汽车
        Car car = b.getCar();
        System.out.println(car.getHead());
        System.out.println(car.getBody());
        System.out.println(car.getTail());
    }
}

运行并显示Client：

C:\builder>javac *.java
C:\builder>java Client
Jeep head
Jeep body
Jeep tail
C:\builder>

上面演示了吉普车(Jeep)的生产过程，如果需要创建公交车（Bus），我们可以依葫芦画瓢，使用一个继承自CarBuilder的BusBuilder，便可简单地生产一个具有与吉普车不同的车头，车身，车尾的汽车来。

Builder模式小结

Builder模式是一种注重对象创建细节的设计模式，它被用来动态创建复合对象。