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创建型设计模式－－建造者模式（JAVA 实现）

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Java

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:

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：

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：

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”。