面向对象建模技术之设计模式——建造者模式_使用建造者模式的在线餐厅
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目录
一. 建造者模式动机
无论是在现实世界中还是在软件系统中，都存在一些复杂的对象，它们拥有多个组成部分，如汽车，它包括车轮、方向盘、发送机等各种部件。而对于大多数用户而言，无须知道这些部件的装配细节，也几乎不会使用单独某个部件，而是使用一辆完整的汽车，可以通过建造者模式对其进行设计与描述，建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。
- 在软件开发中，也存在大量类似汽车一样的复杂对象，它们拥有一系列成员属性，这些成员属性中有些是引用类型的成员对象。而且在这些复杂对象中，还可能存在一些限制条件，如某些属性没有赋值则复杂对象不能作为一个完整的产品使用；有些属性的赋值必须按照某个顺序，一个属性没有赋值之前，另一个属性可能无法赋值等。
- 复杂对象相当于一辆有待建造的汽车，而对象的属性相当于汽车的部件，建造产品的过程就相当于组合部件的过程。由于组合部件的过程很复杂，因此，这些部件的组合过程往往被“外部化”到一个称作建造者的对象里，建造者返还给客户端的是一个已经建造完毕的完整产品对象，而用户无须关心该对象所包含的属性以及它们的组装方式，这就是建造者模式的模式动机。
二. 模式定义
- 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。建造者模式属于对象创建型模式。根据中文翻译的不同，建造者模式又可以称为生成器模式。
三. 模式结构
建造者模式包含如下角色：
- Builder：抽象建造者;
- ConcreteBuilder：具体建造者;
- Director：指挥者;
- Product：产品角色;
四. 模式分析
一个典型的复杂对象其类代码示例如下：
- public class Product
- {
- private String partA; //可以是任意类型
- private String partB;
- private String partC;
- //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
- }
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：
- public abstract class Builder
- {
- protected Product product=new Product();
-
- public abstract void buildPartA();
- public abstract void buildPartB();
- public abstract void buildPartC();
-
- public Product getResult()
- {
- return product;
- }
- }
建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director，该类的作用主要有两个：一方面它隔离了客户与生产过程；另一方面它负责控制产品的生成过程。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。
指挥者类的代码示例如下：
- public class Director
- {
- private Builder builder;
-
- public Director(Builder builder)
- {
- this.builder=builder;
- }
-
- public void setBuilder(Builder builder)
- {
- this.builder=builer;
- }
-
- public Product construct()
- {
- builder.buildPartA();
- builder.buildPartB();
- builder.buildPartC();
- return builder.getResult();
- }
- }
客户端类代码片段：
- Builder builder = new ConcreteBuilder();
- Director director = new Director(builder);
- Product product = director.construct();
在客户端代码中，无须关心产品对象的具体组装过程，只需确定具体建造者的类型即可，建造者模式将复杂对象的构建与对象的表现分离开来，这样使得同样的构建过程可以创建出不同的表现。
五. 建造者模式实例与解析
实例：KFC套餐
建造者模式可以用于描述KFC如何创建套餐：套餐是一个复杂对象，它一般包含主食（如汉堡、鸡肉卷等）和饮料（如果汁、可乐等）等组成部分，不同的套餐有不同的组成部分，而KFC的服务员可以根据顾客的要求，一步一步装配这些组成部分，构造一份完整的套餐，然后返回给顾客。
六. 建造者模式的优缺点
6.1 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，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
- 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。
- 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。
- 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合“开闭原则”。
6.2 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，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
- 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。
七. 模式适用环境
- 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。
- 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。
- 对象的创建过程独立于创建该对象的类。在建造者模式中引入了指挥者类，将创建过程封装在指挥者类中，而不在建造者类中。
- 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。
八. 模式应用
- JavaMail（一步一步构造一个完整的邮件对象，然后发送）
- //由邮件会话对象新建一个邮件消息对象
- MimeMessage message=new MimeMessage(session);
- //设置邮件地址
- InternetAddress from=new InternetAddress("sunny@test.com");
- message.setFrom(from);//设置发件人
- InternetAddress to=new InternetAddress(to_mail);
- message.setRecipient(Message.RecipientType.TO,to);//设置收件人，并设置其接收类型为TO
- message.setSubject(to_title);//设置主题
- message.setText(to_content);//设置信件内容
- message.setSentDate(new Date());//设置发信时间
- message.saveChanges();//存储邮件信息
- Transport transport=session.getTransport("smtp");
- transport.connect("smtp.test.com","test","test");
- transport.sendMessage(message,message.getAllRecipients());
- 在很多游戏软件中，地图包括天空、地面、背景等组成部分，人物角色包括人体、服装、装备等组成部分，可以使用建造者模式对其进行设计，通过不同的具体建造者创建不同类型的地图或人物。
九. 建造者模式的简化
- 省略抽象建造者角色：如果系统中只需要一个具体建造者的话，可以省略掉抽象建造者。
- 省略指挥者角色：在具体建造者只有一个的情况下，如果抽象建造者角色已经被省略掉，那么还可以省略指挥者角色，让Builder角色扮演指挥者与建造者双重角色。
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