04 创建者模式

Kaleido Lv4
  2024-06-19 10:38:33 2024-06-19 10:38:33 Created   2024-06-19 10:46:22 2024-06-19 10:46:22 Updated    

1 建造者模式

1.1 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。

1.2 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。
Separate the construction of a complex object from its representation so that the same construction process can create different representations.

1.3 模式结构

1.4 模式分析

1.4.1 产品角色 Product

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public class Product {	
	private String partA;  // 可以是任意类型	
	private String partB;	
	private String partC;
}

1.4.2 建造者 Builder

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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;	
	}
}

1.4.3 指挥者 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。
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    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();	
    	}
    }

1.4.4 客户端 Client

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Builder builder = new ConcreteBuilder();  
Director director = new Director(builder);  
Product product = director.construct();

为什么没有抽象指挥者和具体指挥者？违反了“用户无须关心该对象所包含的属性以及它们的组装方式”的模式动机。

1.5 建造者模式实例与解析

1.5.1 实例：KFC 套餐

1.5.2 建造者模式的优点

  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。
  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。
  4. 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”。

1.5.3 建造者模式的缺点

  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，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。
  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。

1.5.4 建造者模式的适用环境

  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。
  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。

1.6 模式应用

1.6.1 JavaMail

一步一步构造一个完整的邮件对象，然后发送：

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// 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);
// 设置收件人，并设置其接收类型为TO
message.setRecipient(Message.RecipientType.TO, 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());

1.6.2 地图或任务

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。

1.7 模式比较

1.7.1 建造者模式的简化

  1. 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。
  2. 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

1.7.2 建造者模式与抽象工厂模式的比较

  1. 与抽象工厂模式相比，建造者模式返回一个组装好的完整产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成了一个产品族。
  2. 在抽象工厂模式中，客户端实例化工厂类，然后调用工厂方法获取所需产品对象，而在建造者模式中，客户端可以不直接调用建造者的相关方法，而是通过指挥者类来指导如何生成对象，包括对象的组装过程和建造步骤，它侧重于一步步构造一个复杂对象，返回一个完整的对象。
  3. 如果将抽象工厂模式看成汽车配件生产工厂，生产一个产品族的产品，那么建造者模式就是一个汽车组装工厂，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。

2 原型模式

2.1 模型动机

  1. 在面向对象系统中，使用原型模式来复制一个对象自身，从而克隆出多个与原型对象一模一样的对象。
  2. 在软件系统中，有些对象的创建过程较为复杂，而且有时候需要频繁创建，原型模式通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的办法创建出更多同类型的对象，这就是原型模式的意图所在。

2.2 模式定义

  1. 原型模式（Prototype Pattern）：原型模式是一种对象创建型模式，用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。原型模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无须知道任何创建的细节。
    Specify the kind of objects to create using a prototypical instance, and create new objects by copying this prototype.
  2. 原型模式的基本工作原理是通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝原型自己来实现创建过程。
  • Title: 04 创建者模式
  • Author: Kaleido
  • Created at : 2024-06-19 10:38:33
  • Updated at : 2024-06-19 10:46:22
  • Link: https://redefine.ohevan.com/2024/06/19/2024-spring-软件系统设计-04/
  • License: This work is licensed under CC BY-NC-SA 4.0.
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  1. 1 建造者模式
    1. 1.1 模式动机
    2. 1.2 模式定义
    3. 1.3 模式结构
    4. 1.4 模式分析
      1. 1.4.1 产品角色 Product
      2. 1.4.2 建造者 Builder
      3. 1.4.3 指挥者 Director
      4. 1.4.4 客户端 Client
    5. 1.5 建造者模式实例与解析
      1. 1.5.1 实例：KFC 套餐
      2. 1.5.2 建造者模式的优点
      3. 1.5.3 建造者模式的缺点
      4. 1.5.4 建造者模式的适用环境
    6. 1.6 模式应用
      1. 1.6.1 JavaMail
      2. 1.6.2 地图或任务
    7. 1.7 模式比较
      1. 1.7.1 建造者模式的简化
      2. 1.7.2 建造者模式与抽象工厂模式的比较
  2. 2 原型模式
    1. 2.1 模型动机
    2. 2.2 模式定义