一天一个设计模式——Builder建造者模式

一、模式说明

　　在现实世界中，当我们要构造一个大型工程时（建一个大楼），通常的做法是先建造工程的每个独立部分，然后再逐步构造完成（先打地基，再搭框架，最后逐层累造）。在程序设计领域，构造一个复杂的类时（或一些具有类似结构的复杂类时），也可以采用类似的思想：如果要创建一个用于构造文档的类（或者是word，或者是html），虽然具体的文档有不同的结构，但是构造这些对象有相同的套路：创建标题，创建内容，创建条目，结束文档。Builder建造者模式就是用来构造复杂的类的。

二、模式类图

三、模式时序图

四、模式中的角色

• Builder建造者：负责定义用于生成实例的接口（API），准备了生成实例的方法。
• ConcreteBuilder具体的建造者：负责实现Builder角色的接口类（API），这里定义了生成实例时调用的方法，并且定义了获取最终生成结果的方法。
• Director监工角色：负责使用Builder角色的接口（API）来生成实例。它并不依赖于具体的ConcreteBuilder角色，为了确保无论ConcreteBuilder如何被定义，Director角色都能正常工作，它只调用在Builder角色中被定义的方法。
• Client使用者角色：使用Builder模式（Main 方法类）

五、代码示例

1、Builder建造者类：

package com.designpattern.cn.builderpattern;

public abstract class Builder {
    public abstract void makeTitle(String title);
    public abstract void makeString(String string);
    public abstract void makeItems(String[] items);
    public abstract void close();
}

抽象类，它定义了生成实例的接口。

2、Director监工：

package com.designpattern.cn.builderpattern;

public class Director {
    public Builder builder;
    public Director(Builder builder){
        this.builder = builder;
    }

    public void construct(){
        builder.makeTitle("Greeting");
        builder.makeString("A.M. to P.M.");
        builder.makeItems(new String[]{
                "Good morning",
                "Good afternoon"
        });
        builder.makeString("Night");
        builder.makeItems(new String[]{
                "Good night",
                "Bye"
        });
        builder.close();
    }
}

注意Director的构造函数，它有一个Builder类型参数，但实际上并不能直接传递Builder实例（Builder是抽象类，无法构造实例），而是传递一个Builder的子类（TextBuilder或者是HtmlBuilder）

3、接下来是Builder的两个子类，它是实例类，可以创建对象。

package com.designpattern.cn.builderpattern;

public class TextBuilder extends Builder {
    private StringBuffer buffer = new StringBuffer();
    public void makeTitle(String title){
        buffer.append("==================");
        buffer.append("[" + title +"]");
        buffer.append("\n");
    }
    public void makeString(String str){
        buffer.append("[" + str + "\n");
        buffer.append("\n");
    }
    public void makeItems(String[] items){
        for (String item: items
             ) {
            buffer.append("   ." + item + "\n");
        }
        buffer.append("\n");
    }
    public void close(){
        buffer.append("==================");
    }
    public String getResult(){
        return buffer.toString();
    }
}

package com.designpattern.cn.builderpattern;

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;

public class HtmlBuilder extends Builder {
    private String filename;
    private PrintWriter writer;
    public void makeTitle(String title){
        filename = title+".html";
        try {
            writer = new PrintWriter(new FileWriter(filename));
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
        writer.println("<html><head><title>"+title+"</title></head><body>");
        writer.println("<h1>"+title+"</h1>");
    }
    public void makeString(String str){
        writer.println("<p>" + str + "</p>");
    }
    public void makeItems(String[] items){
        writer.println("<ul>");
        for (String s : items
             ) {
            writer.println("<li>" + s + "</li>");
        }
        writer.println("</ul>");
    }
    public void close(){
        writer.println("</body></html>");
        writer.close();
    }
    public String getResult(){
        return filename;
    }
}

4、运行结果：

给程序传递参数：

运行结果：

传递html时的运行结果：

html显示效果：

六、相关的设计模式

• Template Method模板方法模式：这个比较明显了：在一个类中定义方法和方法调用顺序，子类则实现方法，都是父类控制子类。
• Composite组合模式：有些时候，可以用Builder模式生成的实例用于构成Composite组合模式。
• Abstract Factory抽象工厂模式：都用于生成复杂的实例。
• Facade模式：外观模式：通过组合内部模块，向外部提供可以简单调用的API，隐藏子系统的复杂性。

七、拓展思路

• 【谁知道什么】在编程中，谁知道什么很重要，上面的程序Main客户端类并不知道Builder类，它只调用了Director监工类的construct建造方法，Director类就可以开始工作并完成文档创建。另一方面，Director知道Builder，它调用Builder的方法来构造文档，但是Director并不知道具体的Builder是谁（是哪个子类，plainText还是html？），也是正因为Director类不知道Builder是谁，才使得Builder可以被替换成不同的Builder子类。正因为不知道才可以替换。
• 【设计阶段能决定什么，不能决定什么】Builder类中需要声明生成文档需要实现的所有方法，Director类中使用的方法都是Builder提供的，因此Builder类中应当定义哪些方法，这个问题很重要，需要慎重设计以应对程序后期变化。