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。
游戏角色设计
|
Sunny软件公司游戏开发小组决定开发一款名为《Sunny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。 Sunny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。 |
Sunny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8-1所示：注：本图中的游戏角色造型来源于网络，特此说明
无论是何种造型的游戏角色，它的创建步骤都大同小异，都需要逐步创建其组成部分，再将各组成部分装配成一个完整的游戏角色。如何一步步创建一个包含多个组成部分的复杂对象，建造者模式为解决此类问题而诞生。
建造者模式概述
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。
建造者模式定义如下：
|
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。 |
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8-2所示：
在建造者模式结构图中包含如下几个角色：
● 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关联关系，可以在其construct()建造方法中调用建造者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方法将该对象传入指挥者类中。
在建造者模式的定义中提到了复杂对象，那么什么是复杂对象？简单来说，复杂对象是指那些包含多个成员属性的对象，这些成员属性也称为部件或零件，如汽车包括方向盘、发动机、轮胎等部件，电子邮件包括发件人、收件人、主题、内容、附件等部件，一个典型的复杂对象类代码示例如下：
|
class Product { private String partA; //定义部件，部件可以是任意类型，包括值类型和引用类型 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 } |
在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：
|
abstract class Builder { //创建产品对象 protected Product product=new Product();
public abstract void buildPartA(); public abstract void buildPartB(); public abstract void buildPartC();
//返回产品对象 public Product getResult() { return product; } } |
在抽象类Builder中声明了一系列抽象的buildPartX()方法用于创建复杂产品的各个部件，具体建造过程在ConcreteBuilder中实现，此外还提供了工厂方法getResult()，用于返回一个建造好的完整产品。
在ConcreteBuilder中实现了buildPartX()方法，通过调用Product的setPartX()方法可以给产品对象的成员属性设值。不同的具体建造者在实现buildPartX()方法时将有所区别，如setPartX()方法的参数可能不一样，在有些具体建造者类中某些setPartX()方法无须实现（提供一个空实现）。而这些对于客户端来说都无须关心，客户端只需知道具体建造者类型即可。
在建造者模式的结构中还引入了一个指挥者类Director，该类主要有两个作用：一方面它隔离了客户与创建过程；另一方面它控制产品的创建过程，包括某个buildPartX()方法是否被调用以及多个buildPartX()方法调用的先后次序等。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。在实际生活中也存在类似指挥者一样的角色，如一个客户去购买电脑，电脑销售人员相当于指挥者，只要客户确定电脑的类型，电脑销售人员可以通知电脑组装人员给客户组装一台电脑。指挥者类的代码示例如下：
|
class Director { private Builder builder;
public Director(Builder builder) { this.builder=builder; }
public void setBuilder(Builder builder) { this.builder=builer; }
//产品构建与组装方法 public Product construct() { builder.buildPartA(); builder.buildPartB(); builder.buildPartC(); return builder.getResult(); } } |
在指挥者类中可以注入一个抽象建造者类型的对象，其核心在于提供了一个建造方法construct()，在该方法中调用了builder对象的构造部件的方法，最后返回一个产品对象。
对于客户端而言，只需关心具体的建造者即可，一般情况下，客户端类代码片段如下所示：
|
…… Builder builder = new ConcreteBuilder(); //可通过配置文件实现 Director director = new Director(builder); Product product = director.construct(); …… |
可以通过配置文件来存储具体建造者类ConcreteBuilder的类名，使得更换新的建造者时无须修改源代码，系统扩展更为方便。在客户端代码中，无须关心产品对象的具体组装过程，只需指定具体建造者的类型即可。
建造者模式与抽象工厂模式有点相似，但是建造者模式返回一个完整的复杂产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品；在抽象工厂模式中，客户端通过选择具体工厂来生成所需对象，而在建造者模式中，客户端通过指定具体建造者类型并指导Director类如何去生成对象，侧重于一步步构造一个复杂对象，然后将结果返回。如果将抽象工厂模式看成一个汽车配件生产厂，生成不同类型的汽车配件，那么建造者模式就是一个汽车组装厂，通过对配件进行组装返回一辆完整的汽车。
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8-3所示：
在图8-3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：
package com.wry.builder.type3;
/**
* 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
*/
public 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);
}
}
package com.wry.builder.type3;
/**
* 角色建造器：抽象建造者
*/
public 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;
}
}
package com.wry.builder.type3;
//天使角色建造器：具体建造者
public 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");
}
}
package com.wry.builder.type3;
/**
* 恶魔角色建造器：具体建造者
*/
public 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");
}
}
package com.wry.builder.type3;
/**
* 英雄角色建造器：具体建造者
*/
public 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");
}
}
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：
package com.wry.builder.type3;
/**
* 游戏角色创建控制器：指挥者
*/
public 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：
package com.wry.utils;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import org.xml.sax.SAXException;
import java.io.*;
public class XMLUtil {
//该方法用于从XML配置文件中提取图表类型，并返回类型名
public static String getNodeElementContent(String filePath,String fileName,String nodeElement) {
try {
//创建文档对象
Node node = getXMLNode(filePath, fileName, nodeElement);
String chartType = node.getNodeValue().trim();
return chartType;
}
catch(Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
//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(String filePath,String fileName,String nodeElement) {
try {
//创建DOM文档对象
Node node = getXMLNode(filePath, fileName, nodeElement);
String cName=node.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;
}
}
//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(Object object,String nodeElement) {
try {
//创建DOM文档对象
Node node = getXMLNode(object.getClass().getResource("").getPath(), "config.xml", nodeElement);
String cName=node.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;
}
}
private static Node getXMLNode(String filePath,String fileName,String nodeElement) throws ParserConfigurationException, IOException, SAXException {
//创建DOM文档对象
DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
Document doc;
doc = builder.parse(new File(filePath+File.separator+fileName));
//获取包含类名的文本节点
NodeList nl = doc.getElementsByTagName(nodeElement);
Node node=nl.item(0).getFirstChild();
return node;
}
}
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：
package com.wry.builder.type3;
import com.wry.utils.XMLUtil;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
ActorBuilder builder=new DevilBuilder();
ActorController controller=new ActorController();
Actor actor = controller.construct(builder);
System.out.println(actor.toString());
System.out.println("--------------------使用配置文件获取---------------------");
//读取配置文件中的参数
builder= (ActorBuilder)XMLUtil.getBean(new Client(), "className");
actor = controller.construct(builder);
System.out.println(actor.toString());
}
}
编译并运行程序，输出结果如下：
|
Actor{type='恶魔', sex='妖', face='丑陋', costume='黑衣', hairstyle='光头'} |
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”。
来源：CSDN
作者：Starring丶爸爸
链接：https://blog.csdn.net/qq_39165426/article/details/103804028