创建型模式之复杂对象的组装与创建（建造者模式）

完整解决方案

Sunny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：

图为游戏角色创建结构图

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

       //get、set方法省略
    }

//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;
            }
        }
}

配置文件config.xml中存储了具体建造者类的类名，代码如下所示：

<?xml version="1.0"?>
<config>
    <className>AngelBuilder</className>
</config>

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
            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”。

 

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。

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。

 

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。

 

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。