【创建型模式五】生成器(Builder)

1 场景问题#

1.1 继续导出数据的应用框架##

在讨论工厂方法模式的时候，提到了一个导出数据的应用框架。

对于导出数据的应用框架，通常在导出数据上，会有一些约定的方式，比如导出成：文本格式、数据库备份形式、Excel格式、Xml格式等等。

在工厂方法模式章节里面，讨论并使用工厂方法模式来解决了如何选择具体导出方式的问题，并没有涉及到每种方式具体如何实现。换句话说，在讨论工厂方法模式的时候，并没有讨论如何实现导出成文本、Xml等具体的格式，本章就来讨论这个问题。

对于导出数据的应用框架，通常对于具体的导出内容和格式是有要求的，假如现在有如下的要求，简单描述一下：

导出的文件，不管什么格式，都分成三个部分，分别是文件头、文件体和文件尾

在文件头部分，需要描述如下信息：分公司或门市点编号、导出数据的日期，对于文本格式，中间用逗号分隔

在文件体部分，需要描述如下信息：表名称、然后分条描述数据。对于文本格式，表名称单独占一行，数据描述一行算一条数据，字段间用逗号分隔。

在文件尾部分，需要描述如下信息：输出人

现在就要来实现上述功能。为了演示简单点，在工厂方法模式里面已经实现的功能，这里就不去重复了，这里只关心如何实现导出文件，而且只实现导出成文本格式和XML格式就可以了，其它的就不去考虑了。

1.2 不用模式的解决方案##

不就是要实现导出数据到文本文件和XML文件吗，其实不管什么格式，需要导出的数据是一样的，只是具体导出到文件中的内容，会随着格式的不同而不同。

  1. 先来把描述文件各个部分的数据对象定义出来，先看描述输出到文件头的内容的对象，示例代码如下：
/**
   * 描述输出到文件头的内容的对象
   */
public class ExportHeaderModel {
    /**
     * 分公司或门市点编号
     */
    private String depId;
    /**
     * 导出数据的日期
     */
    private String exportDate;
    public String getDepId() {
       return depId;
    }
    public void setDepId(String depId) {
       this.depId = depId;
    }
    public String getExportDate() {
       return exportDate;
    }
    public void setExportDate(String exportDate) {
       this.exportDate = exportDate;
    }
}

接下来看看描述输出数据的对象，示例代码如下：

/**
   * 描述输出数据的对象
   */
public class ExportDataModel {
    /**
     * 产品编号
     */
    private String productId;
    /**
     * 销售价格
     */
    private double price;
    /**
     * 销售数量
     */
    private double amount;

    public String getProductId() {
       return productId;
    }
    public void setProductId(String productId) {
       this.productId = productId;
    }
    public double getPrice() {
       return price;
    }
    public void setPrice(double price) {
       this.price = price;
    }
    public double getAmount() {
       return amount;
    }
    public void setAmount(double amount) {
       this.amount = amount;
    }
}

接下来看看描述输出到文件尾的内容的对象，示例代码如下：

/**
   * 描述输出到文件尾的内容的对象
   */
public class ExportFooterModel {
    /**
     * 输出人
     */
    private String exportUser;
    public String getExportUser() {
       return exportUser;
    }
    public void setExportUser(String exportUser) {
       this.exportUser = exportUser;
    }
}
  1. 接下来具体的看看导出的实现，先看导出数据到文本文件的对象，主要就是要实现拼接输出的内容，示例代码如下：
/**
   * 导出数据到文本文件的对象
   */
public class ExportToTxt {
    /**
     * 导出数据到文本文件
     * @param ehm 文件头的内容
     * @param mapData 数据的内容
     * @param efm 文件尾的内容
     */
    public void export(ExportHeaderModel ehm,Map<String,Collection<ExportDataModel>> mapData,ExportFooterModel efm){
       //用来记录最终输出的文件内容
       StringBuffer buffer = new StringBuffer();
       //1：先来拼接文件头的内容
       buffer.append(ehm.getDepId()+","+ehm.getExportDate()+"\n");
       //2：接着来拼接文件体的内容
       for(String tblName : mapData.keySet()){
           //先拼接表名称
           buffer.append(tblName+"\n");
           //然后循环拼接具体数据
           for(ExportDataModel edm : mapData.get(tblName)){
              buffer.append(edm.getProductId()+","+edm.getPrice()+","+edm.getAmount()+"\n");
           }
       }
       //3：接着来拼接文件尾的内容
       buffer.append(efm.getExportUser());

       //为了演示简洁性，这里就不去写输出文件的代码了
       //把要输出的内容输出到控制台看看
       System.out.println("输出到文本文件的内容：\n"+buffer);
    }
}
  1. 接下来看看导出数据到XML文件的对象，比较麻烦，要按照XML的格式进行拼接，示例代码如下：
/**
   * 导出数据到XML文件的对象
   */
public class ExportToXml {
    /**
     * 导出数据到XML文件
     * @param ehm 文件头的内容
     * @param mapData 数据的内容
     * @param efm 文件尾的内容
     */
    public void export(ExportHeaderModel ehm,Map<String,Collection<ExportDataModel>> mapData,ExportFooterModel efm){
        //用来记录最终输出的文件内容
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        //1：先来拼接文件头的内容
        buffer.append("<?xml version='1.0' encoding='gb2312'?>\n");
        buffer.append("<Report>\n");
        buffer.append("  <Header>\n");
        buffer.append("    <DepId>"+ehm.getDepId()+"</DepId>\n");
        buffer.append("    <ExportDate>"+ehm.getExportDate()+"</ExportDate>\n");
        buffer.append("  </Header>\n");
        //2：接着来拼接文件体的内容
        buffer.append("  <Body>\n");
        for(String tblName : mapData.keySet()){
            //先拼接表名称
            buffer.append("    <Datas TableName=\""+tblName+"\">\n");
            //然后循环拼接具体数据
            for(ExportDataModel edm : mapData.get(tblName)){
                buffer.append("      <Data>\n");
                buffer.append("          <ProductId>"+edm.getProductId()+"</ProductId>\n");
                buffer.append("          <Price>"+edm.getPrice()+"</Price>\n");
                buffer.append("          <Amount>"+edm.getAmount()+"</Amount>\n");
                buffer.append("      </Data>\n");
            }
            buffer.append("    </Datas>\n");
        }
        buffer.append("  </Body>\n");
        //3：接着来拼接文件尾的内容
        buffer.append("  <Footer>\n");
        buffer.append("    <ExportUser>"+efm.getExportUser()+"</ExportUser>\n");
        buffer.append("  </Footer>\n");
        buffer.append("</Report>\n");

        //为了演示简洁性，这里就不去写输出文件的代码了
        //把要输出的内容输出到控制台看看
        System.out.println("输出到XML文件的内容：\n"+buffer);
    }
}
  1. 看看客户端，如何来使用这些对象，示例代码如下：
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
       //准备测试数据
       ExportHeaderModel ehm = new ExportHeaderModel();
       ehm.setDepId("一分公司");
       ehm.setExportDate("2010-05-18");

       Map<String,Collection<ExportDataModel>> mapData = new HashMap<String,Collection<ExportDataModel>>();
       Collection<ExportDataModel> col = new ArrayList<ExportDataModel>();

       ExportDataModel edm1 = new ExportDataModel();
       edm1.setProductId("产品001号");
       edm1.setPrice(100);
       edm1.setAmount(80);

       ExportDataModel edm2 = new ExportDataModel();
       edm2.setProductId("产品002号");
       edm2.setPrice(99);
       edm2.setAmount(55);     
       //把数据组装起来
       col.add(edm1);
       col.add(edm2);      
       mapData.put("销售记录表", col);

       ExportFooterModel efm = new ExportFooterModel();
       efm.setExportUser("张三");     
       //测试输出到文本文件
       ExportToTxt toTxt = new ExportToTxt();
       toTxt.export(ehm, mapData, efm);
       //测试输出到xml文件
       ExportToXml toXml = new ExportToXml();
       toXml.export(ehm, mapData, efm);
    }
}

运行结果如下：

运行结果

1.3 有何问题##

仔细观察上面的实现，会发现，不管是输出成文本文件，还是输出到XML文件，在实现的时候，步骤基本上都是一样的，都大致分成了如下四步：

  1. 先拼接文件头的内容；
  2. 然后拼接文件体的内容；
  3. 再拼接文件尾的内容；
  4. 最后把拼接好的内容输出出去成为文件；

也就是说，对于不同的输出格式，处理步骤是一样的，但是具体每步的实现是不一样的。按照现在的实现方式，就存在如下的问题：

  1. 构建每种输出格式的文件内容的时候，都会重复这几个处理步骤，应该提炼出来，形成公共的处理过程；

  2. 今后可能会有很多不同输出格式的要求，这就需要在处理过程不变的情况下，能方便的切换不同的输出格式的处理；

换句话来说，也就是构建每种格式的数据文件的处理过程，应该和具体的步骤实现分开，这样就能够复用处理过程，而且能很容易的切换不同的输出格式。

可是该如何实现呢？

2 解决方案#

2.1 生成器模式来解决##

用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是生成器模式。那么什么是生成器模式呢？

  1. 生成器模式定义
生成器模式定义
  1. 应用生成器模式来解决的思路

仔细分析上面的实现，构建每种格式的数据文件的处理过程，这不就是构建过程吗？而每种格式具体的步骤实现，不就相当于是不同的表示吗？因为不同的步骤实现，决定了最终的表现也就不同。也就是说，上面的问题恰好就是生成器模式要解决的问题。

要实现同样的构建过程可以创建不同的表现，那么一个自然的思路就是先把构建过程独立出来，在生成器模式中把它称为指导者，由它来指导装配过程，但是不负责每步具体的实现。当然，光有指导者是不够的，必须要有能具体实现每步的对象，在生成器模式中称这些实现对象为生成器。

这样一来，指导者就是可以重用的构建过程，而生成器是可以被切换的具体实现。前面的实现中，每种具体的导出文件格式的实现就相当于生成器。

2.2 模式结构和说明##

生成器模式的结构如图所示：

生成器模式的结构

Builder：生成器接口，定义创建一个Product对象所需的各个部件的操作。

ConcreteBuilder：具体的生成器实现，实现各个部件的创建，并负责组装Product对象的各个部件，同时还提供一个让用户获取组装完成后的产品对象的方法。

Director：指导者，也被称为导向者，主要用来使用Builder接口，以一个统一的过程来构建所需要的Product对象。

Product：产品，表示被生成器构建的复杂对象，包含多个部件。

2.3 生成器模式示例代码##

  1. 先看看生成器的接口定义，示例代码如下：
/**
   * 生成器接口，定义创建一个产品对象所需的各个部件的操作
   */
public interface Builder {
    /**
     * 示意方法，构建某个部件
     */
    public void buildPart();
}
  1. 再看看具体的生成器实现，示例代码如下：
/**
   * 具体的生成器实现对象
   */
public class ConcreteBuilder implements Builder {
    /**
     * 生成器最终构建的产品对象
     */
    private Product resultProduct;
    /**
     * 获取生成器最终构建的产品对象
     * @return 生成器最终构建的产品对象
     */
    public Product getResult() {
       return resultProduct;
    }

    public void buildPart() {
       //构建某个部件的功能处理
    }
}
  1. 看看相应的产品对象的接口示意，示例代码如下：
/**
   * 被构建的产品对象的接口
   */
public interface Product {
    //定义产品的操作
}
  1. 再来看看指导者的实现示意，示例代码如下：
/**
   * 指导者，指导使用生成器的接口来构建产品的对象
   */
public class Director {
    /**
     * 持有当前需要使用的生成器对象
     */
    private Builder builder;

    /**
     * 构造方法，传入生成器对象
     * @param builder 生成器对象
     */
    public Director(Builder builder) {
       this.builder = builder;
    }

    /**
     * 示意方法，指导生成器构建最终的产品对象
     */
    public void construct() {
       //通过使用生成器接口来构建最终的产品对象
       builder.buildPart();
    }
}

2.4 使用生成器模式重写示例##

要使用生成器模式来重写示例，重要的任务就是要把指导者和生成器接口定义出来。指导者就是用来执行那四个步骤的对象，而生成器是用来实现每种格式下，对于每个步骤的具体实现的对象。

按照生成器模式重写示例的结构如图所示：

按照生成器模式重写示例的结构

  1. 前面示例中的三个数据模型对象还继续沿用，这里就不去赘述了。

  2. 先来看看定义的Builder接口，主要是把导出各种格式文件的处理过程的步骤定义出来，每个步骤负责构建最终导出文件的一部分。示例代码如下：

/**
   * 生成器接口，定义创建一个输出文件对象所需的各个部件的操作
   */
public interface Builder {
    /**
     * 构建输出文件的Header部分
     * @param ehm 文件头的内容
     */
    public void buildHeader(ExportHeaderModel ehm);
    /**
     * 构建输出文件的Body部分
     * @param mapData 要输出的数据的内容
     */
    public void buildBody(Map<String,Collection<ExportDataModel>> mapData);
    /**
     * 构建输出文件的Footer部分
     * @param efm 文件尾的内容
     */
    public void buildFooter(ExportFooterModel efm);
}
  1. 接下来看看具体的生成器实现，其实就是把原来示例中，写在一起的实现，分拆成多个步骤实现了，先看看导出数据到文本文件的生成器实现，示例代码如下：
/**
   * 实现导出数据到文本文件的的生成器对象
   */
public class TxtBuilder implements Builder {
    /**
     * 用来记录构建的文件的内容，相当于产品
     */
    private StringBuffer buffer = new StringBuffer();

    public void buildBody(Map<String, Collection<ExportDataModel>> mapData) {
       for(String tblName : mapData.keySet()){
           //先拼接表名称
           buffer.append(tblName+"\n");
           //然后循环拼接具体数据
           for(ExportDataModel edm : mapData.get(tblName)){
              buffer.append(edm.getProductId()+","+edm.getPrice()+","+edm.getAmount()+"\n");
           }
       }
    }
    public void buildFooter(ExportFooterModel efm) {
       buffer.append(efm.getExportUser());
    }
    public void buildHeader(ExportHeaderModel ehm) {
       buffer.append(ehm.getDepId()+","+ehm.getExportDate()+"\n");
    }  
    public StringBuffer getResult(){
       return buffer;
    }   
}

再看看导出数据到XML文件的生成器实现，示例代码如下：

/**
   * 实现导出数据到XML文件的的生成器对象
   */
public class XmlBuilder implements Builder {
    /**
     * 用来记录构建的文件的内容，相当于产品
     */
    private StringBuffer buffer = new StringBuffer();

    public void buildBody(Map<String, Collection<ExportDataModel>> mapData){
       buffer.append("  <Body>\n");
       for(String tblName : mapData.keySet()){
           //先拼接表名称
           buffer.append("    <Datas TableName=\""+tblName+"\">\n");
           //然后循环拼接具体数据
           for(ExportDataModel edm : mapData.get(tblName)){
              buffer.append("      <Data>\n");
              buffer.append("        <ProductId>"+edm.getProductId()+"</ProductId>\n");
              buffer.append("        <Price>"+edm.getPrice()+"</Price>\n");
              buffer.append("        <Amount>"+edm.getAmount()+"</Amount>\n");
              buffer.append("      </Data>\n");
           }
           buffer.append("    </Datas>\n");
       }
       buffer.append("  </Body>\n");
    }
    public void buildFooter(ExportFooterModel efm) {
       buffer.append("  <Footer>\n");
       buffer.append("    <ExportUser>"+efm.getExportUser()+"</ExportUser>\n");
       buffer.append("  </Footer>\n");
       buffer.append("</Report>\n");
    }
    public void buildHeader(ExportHeaderModel ehm) {
       buffer.append("<?xml version='1.0' encoding='gb2312'?>\n");
       buffer.append("<Report>\n");
       buffer.append("  <Header>\n");
       buffer.append("    <DepId>"+ehm.getDepId()+"</DepId>\n");
       buffer.append("    <ExportDate>"+ehm.getExportDate()+"</ExportDate>\n");
       buffer.append("  </Header>\n");
    }
    public StringBuffer getResult(){
       return buffer;
    }
}
  1. 指导者

有了具体的生成器实现后，需要有指导者来指导它进行具体的产品构建，由于构建的产品是文本内容，所以就不用单独定义产品对象了。示例代码如下：

/**
   * 指导者，指导使用生成器的接口来构建输出的文件的对象
   */
public class Director {
    /**
     * 持有当前需要使用的生成器对象
     */
    private Builder builder;
    /**
     * 构造方法，传入生成器对象
     * @param builder 生成器对象
     */
    public Director(Builder builder) {
       this.builder = builder;
    }

    /**
     * 指导生成器构建最终的输出的文件的对象
     * @param ehm 文件头的内容
     * @param mapData 数据的内容
     * @param efm 文件尾的内容
     */
    public void construct(ExportHeaderModel ehm,Map<String,Collection<ExportDataModel>> mapData,ExportFooterModel efm) {
       //1：先构建Header
       builder.buildHeader(ehm);
       //2：然后构建Body
       builder.buildBody(mapData);
       //3：然后构建Footer
       builder.buildFooter(efm);
    }
}
  1. 都实现得差不多了，该来写个客户端好好测试一下了。示例代码如下：
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
       //准备测试数据
       ExportHeaderModel ehm = new ExportHeaderModel();
       ehm.setDepId("一分公司");
       ehm.setExportDate("2010-05-18");

       Map<String,Collection<ExportDataModel>> mapData = new HashMap<String,Collection<ExportDataModel>>();
       Collection<ExportDataModel> col = new ArrayList<ExportDataModel>();

       ExportDataModel edm1 = new ExportDataModel();
       edm1.setProductId("产品001号");
       edm1.setPrice(100);
       edm1.setAmount(80);

       ExportDataModel edm2 = new ExportDataModel();
       edm2.setProductId("产品002号");
       edm2.setPrice(99);
       edm2.setAmount(55);     
       //把数据组装起来
       col.add(edm1);
       col.add(edm2);      
       mapData.put("销售记录表", col);

       ExportFooterModel efm = new ExportFooterModel();
       efm.setExportUser("张三");

       //测试输出到文本文件
       TxtBuilder txtBuilder = new TxtBuilder();
       //创建指导者对象
       Director director = new Director(txtBuilder);
       director.construct(ehm, mapData, efm);
       //把要输出的内容输出到控制台看看
       System.out.println("输出到文本文件的内容：\n"+txtBuilder.getResult());
       //测试输出到xml文件
       XmlBuilder xmlBuilder = new XmlBuilder();
       Director director2 = new Director(xmlBuilder);
       director2.construct(ehm, mapData, efm);
       //把要输出的内容输出到控制台看看
       System.out.println("输出到XML文件的内容：\n"+xmlBuilder.getResult());
    }
}

看了上面的示例会发现，其实生成器模式也挺简单的，好好理解一下。通过上面的讲述，应该能很清晰的看出生成器模式的实现方式和它的优势所在了，那就是对同一个构建过程，只要配置不同的生成器实现，就会生成出不同表现的对象。

3 模式讲解#

3.1 认识生成器模式##

  1. 生成器模式的功能

生成器模式的主要功能是构建复杂的产品，而且是细化的，分步骤的构建产品，也就是生成器模式重在解决一步一步构造复杂对象的问题。如果光是这么认识生成器模式的功能是不够的。

更为重要的是，这个构建的过程是统一的，固定不变的，变化的部分放到生成器部分了，只要配置不同的生成器，那么同样的构建过程，就能构建出不同的产品表示来。

再直白点说，生成器模式的重心在于分离构建算法和具体的构造实现，从而使得构建算法可以重用，具体的构造实现可以很方便的扩展和切换，从而可以灵活的组合来构造出不同的产品对象。

  1. 生成器模式的构成

要特别注意，生成器模式分成两个很重要的部分：

一个部分是Builder接口这边，这边是定义了如何构建各个部件，也就是知道每个部件功能如何实现，以及如何装配这些部件到产品中去。

另外一个部分是Director这边，Director是知道如何组合来构建产品，也就是说Director负责整体的构建算法，而且通常是分步骤的来执行。

不管如何变化，Builder模式都存在这么两个部分，一个部分是部件构造和产品装配，另一个部分是整体构建的算法。认识这点是很重要的，因为在生成器模式中，强调的是固定整体构建的算法，而灵活扩展和切换部件的具体构造和产品装配的方式，所以要严格区分这两个部分。

在Director实现整体构建算法的时候，遇到需要创建和组合具体部件的时候，就会把这些功能通过委托，交给Builder去完成。

  1. 生成器模式的使用

应用生成器模式的时候，可以让客户端创造Director，在Director里面封装整体构建算法，然后让Director去调用Builder，让Builder来封装具体部件的构建功能，这就跟前面的例子一样。

还有一种退化的情况，就是让客户端和Director融合起来，让客户端直接去操作Builder，就好像是指导者自己想要给自己构建产品一样。

  1. 生成器模式的调用顺序示意图
生成器模式的调用顺序示意图

3.2 生成器模式的实现##

  1. 生成器的实现

实际上在Builder接口的实现中，每个部件构建的方法里面，除了部件装配外，也可以实现如何具体的创建各个部件对象，也就是说每个方法都可以有两部分功能，一个是创建部件对象，一个是组装部件。

在构建部件的方法里面可以实现选择并创建具体的部件对象，然后再把这个部件对象组装到产品对象中去，这样一来，Builder就可以和工厂方法配合使用了。

再进一步，如果在实现Builder的时候，只有创建对象的功能，而没有组装的功能，那么这个时候的Builder实现跟抽象工厂的实现是类似的。

这种情况下，Builder接口就类似于抽象工厂的接口，Builder的具体实现就类似于具体的工厂，而且Builder接口里面定义的创建各个部件的方法也是有关联的，这些方法是构建一个复杂对象所需要的部件对象，仔细想想，是不是非常类似呢。

  1. 指导者的实现

在生成器模式里面，指导者承担的是整体构建算法部分，是相对不变的部分。因此在实现指导者的时候，把变化的部分分离出去是很重要的。

其实指导者分离出去的变化部分，就到了生成器那边，指导者知道整体的构建算法，就是不知道如何具体的创建和装配部件对象。

因此真正的指导者实现，并不仅仅是如同前面示例那样，简单的按照一定顺序调用生成器的方法来生成对象，并没有这么简单。应该是有较为复杂的算法和运算过程，在运算过程中根据需要，才会调用生成器的方法来生成部件对象。

  1. 指导者和生成器的交互

在生成器模式里面，指导者和生成器的交互，是通过生成器的那些buildPart方法来完成的。在前面的示例中，指导者和生成器是没有太多相互交互的，指导者仅仅只是简单的调用了一下生成器的方法，在实际开发中，这是远远不够的。

指导者通常会实现比较复杂的算法或者是运算过程，在实际中很可能会有这样的情况：

在运行指导者的时候，会按照整体构建算法的步骤进行运算，可能先运行前几步运算，到了某一步骤，需要具体创建某个部件对象了，然后就调用Builder中创建相应部件的方法来创建具体的部件。同时，把前面运算得到的数据传递给Builder，因为在Builder内部实现创建和组装部件的时候，可能会需要这些数据；

Builder创建完具体的部件对象后，会把创建好的部件对象返回给指导者，指导者继续后续的算法运算，可能会用到已经创建好的对象；

如此反复下去，直到整个构建算法运行完成，那么最终的产品对象也就创建好了；

通过上面的描述，可以看出指导者和生成器是需要交互的，方式就是通过生成器方法的参数和返回值，来回的传递数据。事实上，指导者是通过委托的方式来把功能交给生成器去完成。

  1. 返回装配好的产品的方法

在标准的生成器模式里面，在Builder实现里面会提供一个返回装配好的产品的方法，在Builder接口上是没有的。它考虑的是最终的对象一定要通过部件构建和装配，才算真正创建了，而具体干活的就是这个Builder实现，虽然指导者也参与了，但是指导者是不负责具体的部件创建和组装的，因此客户端是从Builder实现里面获取最终装配好的产品。

当然在Java里面，我们也可以把这个方法添加到Builder接口里面。

  1. 关于被构建的产品的接口

在使用生成器模式的时候，大多数情况下是不知道最终构建出来的产品是什么样的，所以在标准的生成器模式里面，一般是不需要对产品定义抽象接口的，因为最终构造的产品千差万别，给这些产品定义公共接口几乎是没有意义的。

3.3 使用生成器模式构建复杂对象##

考虑这样一个实际应用，要创建一个保险合同的对象，里面很多属性的值都有约束，要求创建出来的对象是满足这些约束规则的。约束规则比如：保险合同通常情况下可以和个人签订，也可以和某个公司签订，但是一份保险合同不能同时与个人和公司签订。这个对象里面有很多类似这样的约束，那么该如何来创建这个对象呢？

要想简洁直观、安全性好、又具有很好的扩展性的来创建这个对象的话，一个很好的选择就是使用Builder模式，把复杂的创建过程通过buidler来实现。

采用Builder模式来构建复杂的对象，通常会对Builder模式进行一定的简化，因为目标明确，就是创建某个复杂对象，因此做适当简化会使程序更简洁，大致简化如下：

由于是用Builder模式来创建某个对象，因此就没有必要再定义一个Builder接口，直接提供一个具体的构建器类就可以了；

对于创建一个复杂的对象，可能会有很多种不同的选择和步骤，干脆去掉“指导者”，把指导者的功能和Client的功能合并起来，也就是说，Client这个时候就相当于指导者，它来指导构建器类去构建需要的复杂对象；

还是来看看示例会比较清楚，为了实例简单，先不去考虑约束的实现，只是考虑如何通过Builder模式来构建复杂对象。

  1. 使用Builder模式来构建复杂对象，先不考虑带约束

（1）先看一下保险合同的对象，示例代码如下：

/**
   * 保险合同的对象
   */
public class InsuranceContract {
    /**
     * 保险合同编号
     */
    private String contractId;
    /**
     * 被保险人员的名称，同一份保险合同，要么跟人员签订，要么跟公司签订，
     * 也就是说，"被保险人员"和"被保险公司"这两个属性，不可能同时有值
     */
    private String personName;
    /**
     * 被保险公司的名称
     */
    private String companyName;
    /**
     * 保险开始生效的日期
     */
    private long beginDate;
    /**
     * 保险失效的日期，一定会大于保险开始生效的日期
     */
    private long endDate;
    /**
     * 示例：其它数据
     */
    private String otherData;

    /**
     * 构造方法，访问级别是同包能访问
     */
    InsuranceContract(ConcreteBuilder builder){
       this.contractId = builder.getContractId();
       this.personName = builder.getPersonName();
       this.companyName = builder.getCompanyName();
       this.beginDate = builder.getBeginDate();
       this.endDate = builder.getEndDate();
       this.otherData = builder.getOtherData();
    }

    /**
     * 示意：保险合同的某些操作
     */
    public void someOperation(){
       System.out.println("Now in Insurance Contract someOperation=="+this.contractId);
    }
}

注意上例中的构造方法是default的访问权限，也就是不希望外部的对象直接通过new来构建保险合同对象；另外构造方法传入的是构建器对象，里面包含有所有保险合同需要的数据。

（2）看一下具体的构建器的实现，示例代码如下：

/**
  * 构造保险合同对象的构建器
  */
public class ConcreteBuilder {
    private String contractId;
    private String personName;
    private String companyName;
    private long beginDate;
    private long endDate;
    private String otherData;
    /**
     * 构造方法，传入必须要有的参数
     * @param contractId 保险合同编号
     * @param beginDate 保险开始生效的日期
     * @param endDate 保险失效的日期
     */
    public ConcreteBuilder(String contractId,long beginDate,long endDate){
       this.contractId = contractId;
       this.beginDate = beginDate;
       this.endDate = endDate;
    }
    /**
     * 选填数据，被保险人员的名称
     * @param personName  被保险人员的名称
     * @return 构建器对象
     */
    public ConcreteBuilder setPersonName(String personName){
       this.personName = personName;
       return this;
    }
    /**
     *  选填数据，被保险公司的名称
     * @param companyName 被保险公司的名称
     * @return 构建器对象
     */
    public ConcreteBuilder setCompanyName(String companyName){
       this.companyName = companyName;
       return this;
    }
    /**
     * 选填数据，其它数据
     * @param otherData 其它数据
     * @return 构建器对象
     */
    public ConcreteBuilder setOtherData(String otherData){
       this.otherData = otherData;
       return this;
    }
    /**
     * 构建真正的对象并返回
     * @return 构建的保险合同的对象
     */
    public InsuranceContract build(){
       return new InsuranceContract(this);
    }

    public String getContractId() {
       return contractId;
    }
    public String getPersonName() {
       return personName;
    }
    public String getCompanyName() {
       return companyName;
    }
    public long getBeginDate() {
       return beginDate;
    }
    public long getEndDate() {
       return endDate;
    }
    public String getOtherData() {
       return otherData;
    }
}

注意上例中，构建器提供了类似于setter的方法，来供外部设置需要的参数，为何说是类似于setter方法呢？请注意观察，每个这种方法都有返回值，返回的是构建器对象，这样客户端就可以通过连缀的方式来使用Builder，以创建他们需要的对象。

（3）接下来看看此时的Client，如何使用上面的构建器来创建保险合同对象，示例代码如下：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
       //创建构建器
       ConcreteBuilder builder = new ConcreteBuilder("001",12345L,67890L);
       //设置需要的数据，然后构建保险合同对象
       InsuranceContract contract = builder.setPersonName("张三").setOtherData("test").build();
       //操作保险合同对象的方法
       contract.someOperation();
    }
}

运行结果如下：

Now in Insurance Contract someOperation==001

看起来通过Builder模式构建对象也很简单，接下来，把约束加上去，看看如何实现。

  1. 使用Builder模式来构建复杂对象，考虑带约束规则

要带着约束规则构建复杂对象，大致的实现步骤与刚才的实现并没有什么不同，只是需要在刚才的实现上把约束规则添加上去。

通常有两个地方可以添加约束规则：

一个是构建器的每一个类似于setter的方法，可以在这里进行单个数据的约束规则校验，如果不正确，就抛出IllegalStateException；

另一个是构建器的build方法，在创建保险合同对象之前，对所有的数据都可以进行数据的约束规则校验，尤其是那些涉及到几个数据之间的约束关系，在这里校验会比较合适。如果不正确，同样抛出IllegalStateException；

这里选择在构建器的build方法里面，进行数据的整体校验，由于其它的代码都没有变化，因此就不去赘述了，新的build方法的示例代码如下：

/**
 * 构建真正的对象并返回
 * @return 构建的保险合同的对象
 */
public InsuranceContract build(){
    if(contractId==null || contractId.trim().length()==0){
        throw new IllegalArgumentException("合同编号不能为空");
    }
    boolean signPerson = personName!=null && personName.trim().length()>0;
    boolean signCompany = companyName!=null && companyName.trim().length()>0;

    if(signPerson && signCompany){
        throw new IllegalArgumentException("一份保险合同不能同时与人和公司签订");
    }     
    if(signPerson==false && signCompany==false){
        throw new IllegalArgumentException("一份保险合同不能没有签订对象");
    }
    if(beginDate<=0){
        throw new IllegalArgumentException("合同必须有保险开始生效的日期");
    }
    if(endDate<=0){
        throw new IllegalArgumentException("合同必须有保险失效的日期");
    }
    if(endDate<=beginDate){
        throw new IllegalArgumentException("保险失效的日期必须大于保险生效日期");
    }

    return new InsuranceContract(this);
}

你可以修改客户端的构建代码，传入不同的数据，看看这些约束规则是否能够正常工作，当然类似的规则还有很多，这里就不去深究了。

  1. 进一步，把构建器对象和被构建对象合并

其实，在实际开发中，如果构建器对象和被构建的对象是这样分开的话，可能会导致同包内的对象不使用构建器来构建对象，而是直接去使用new来构建对象，这会导致错误；另外，这个构建器的功能就是为了创建被构建的对象，完全可以不用单独一个类。

对于这种情况，重构的手法通常是将类内联化（Inline Class），放到这里来，简单点说就是把构建器对象合并到被构建对象里面去。

还是看看示例会比较清楚，示例代码如下：

public class InsuranceContract {
    private String contractId;
    private String personName;
    private String companyName;
    private long beginDate;
    private long endDate;
    private String otherData;

    /**
     * 构造方法，访问级别是私有的
     */
    private InsuranceContract(ConcreteBuilder builder){
       this.contractId = builder.contractId;
       this.personName = builder.personName;
       this.companyName = builder.companyName;
       this.beginDate = builder.beginDate;
       this.endDate = builder.endDate;
       this.otherData = builder.otherData;
    }

    /**
     * 构造保险合同对象的构建器，作为保险合同的类级内部类
     */
    public static class ConcreteBuilder {
       private String contractId;
       private String personName;
       private String companyName;
       private long beginDate;
       private long endDate;
       private String otherData;
       /**
        * 构造方法，传入必须要有的参数
        * @param contractId 保险合同编号
        * @param beginDate 保险开始生效的日期
        * @param endDate 保险失效的日期
        */
       public ConcreteBuilder(String contractId,long beginDate,long endDate){
           this.contractId = contractId;
           this.beginDate = beginDate;
           this.endDate = endDate;
       }
       /**
        * 选填数据，被保险人员的名称
        * @param personName  被保险人员的名称
        * @return 构建器对象
        */
       public ConcreteBuilder setPersonName(String personName){
           this.personName = personName;
           return this;
       }
       /**
        *  选填数据，被保险公司的名称
        * @param companyName 被保险公司的名称
        * @return 构建器对象
        */
       public ConcreteBuilder setCompanyName(String companyName){
           this.companyName = companyName;
           return this;
       }
       /**
        * 选填数据，其它数据
        * @param otherData 其它数据
        * @return 构建器对象
        */
       public ConcreteBuilder setOtherData(String otherData){
           this.otherData = otherData;
           return this;
       }
       /**
        * 构建真正的对象并返回
        * @return 构建的保险合同的对象
        */
       public InsuranceContract build(){
           if(contractId==null || contractId.trim().length()==0){
               throw new IllegalArgumentException("合同编号不能为空");
           }

           boolean signPerson = personName!=null && personName.trim().length()>0;
           boolean signCompany = companyName!=null && companyName.trim().length()>0;

           if(signPerson && signCompany){
               throw new IllegalArgumentException("一份保险合同不能同时与人和公司签订");
           }     
           if(signPerson==false && signCompany==false){
              throw new IllegalArgumentException("一份保险合同不能没有签订对象");
           }
           if(beginDate<=0){
              throw new IllegalArgumentException("合同必须有保险开始生效的日期");
           }
           if(endDate<=0){
              throw new IllegalArgumentException("合同必须有保险失效的日期");
           }
           if(endDate<=beginDate){
              throw new IllegalArgumentException("保险失效的日期必须大于保险生效日期");
           }

           return new InsuranceContract(this);
       }
    }

    /**
     * 示意：保险合同的某些操作
     */
    public void someOperation(){
       System.out.println("Now in Insurance Contract someOperation=="+this.contractId);
    }
}

通过上面的示例可以看出，这种实现方式会更简单和直观。此时客户端的写法也发生了一点变化，主要就是创建构造器的地方需要变化，示例代码如下：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
       //创建构建器
       InsuranceContract.ConcreteBuilder builder = new InsuranceContract.ConcreteBuilder("001",12345L,67890L);
       //设置需要的数据，然后构建保险合同对象
       InsuranceContract contract = builder.setPersonName("张三").setOtherData("test").build();
       //操作保险合同对象的方法
       contract.someOperation();
    }
}

3.4 生成器模式的优缺点##

  1. 松散耦合

生成器模式可以用同一个构建算法，构建出表现上完全不同的产品，实现产品构建和产品表现上的分离。生成器模式正是把产品构建的过程独立出来，使它和具体产品的表现松散耦合，从而使得构建算法可以复用，而具体产品表现也可以灵活的、方便的扩展和切换。

  1. 可以很容易的改变产品的内部表示

在生成器模式中，由于Builder对象只是提供接口给Director使用，那么具体的部件创建和装配方式是被Builder接口隐藏了的，Director并不知道这些具体的实现细节。这样一来，要想改变产品的内部表示，只需要切换Builder的具体实现即可，不用管Director，因此变得很容易。

  1. 更好的复用性

生成器模式很好的实现了构建算法和具体产品实现的分离，这样一来，使得构建产品的算法可以复用。同样的道理，具体产品的实现也可以复用，同一个产品的实现，可以配合不同的构建算法使用。

3.5 思考生成器模式##

  1. 生成器模式的本质

生成器模式的本质：分离整体构建算法和部件构造。

构建一个复杂的对象，本来就有构建的过程，以及构建过程中具体的实现，生成器模式就是用来分离这两个部分，从而使得程序结构更松散、扩展更容易、复用性更好，同时也会使得代码更清晰，意图更明确。

虽然在生成器模式的整体构建算法中，会一步一步引导Builder来构建对象，但这并不是说生成器就主要是用来实现分步骤构建对象的。生成器模式的重心还是在于分离整体构建算法和部件构造，而分步骤构建对象不过是整体构建算法的一个简单表现，或者说是一个附带产物。

  1. 何时选用生成器模式

建议在如下情况中，选用生成器模式：

如果创建对象的算法，应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时；

如果同一个构建过程有着不同的表示时；

3.6 相关模式##

  1. 生成器模式和工厂方法模式

这两个模式可以组合使用。

生成器模式的Builder实现中，通常需要选择具体的部件实现，一个可行的方案就是实现成为工厂方法，通过工厂方法来获取具体的部件对象，然后再进行部件的装配。

  1. 生成器模式和抽象工厂模式

这两个模式既相似又有区别，也可以组合使用

说说区别：抽象工厂模式的主要目的是创建产品簇，这个产品簇里面的单个产品，就相当于是构成一个复杂对象的部件对象，抽象工厂对象创建完成过后就立即返回整个产品簇；而生成器模式的主要目的是按照构造算法，一步一步来构建一个复杂的产品对象，通常要等到整个构建过程结束过后，才会得到最终的产品对象。

事实上，这两个模式是可以组合使用的，在生成器模式的Builder实现中，需要创建各个部件对象，而这些部件对象是有关联的，通常是构成一个复杂对象的部件对象，也就是说，Builder实现中，需要获取构成一个复杂对象的产品簇，那自然就可以使用抽象工厂模式来实现。这样一来，由抽象工厂模式负责了部件对象的创建，Builder实现里面就主要负责产品对象整体的构建了。

  1. 生成器模式和模板方法模式

这也是两个非常类似的模式。初看之下，不会觉得这两个模式有什么关联，但是仔细一思考，发现两个模式在功能上很类似。

模板方法模式主要是用来定义算法的骨架，把算法中某些步骤延迟到子类中实现。再想想生成器模式，Director用来定义整体的构建算法，把算法中某些涉及到具体部件对象的创建和装配的功能，委托给具体的Builder来实现。

虽然生成器不是延迟到子类，是委托给Builder，但那只是具体实现方式上的差别，从实质上看两个模式很类似，都是定义一个固定的算法骨架，然后把算法中的某些具体步骤交给其它类来完成，都能实现整体算法步骤和某些具体步骤实现的分离。

当然两个模式也有很大的区别：

  1. 首先是模式的目的，生成器模式是用来构建复杂对象的，而模板方法是用来定义算法骨架，尤其是一些复杂的业务功能的处理算法的骨架；
  2. 其次是模式的实现，生成器模式是采用委托的方法，而模板方法是采用的继承的方式；
  3. 另外从使用的复杂度上，生成器模式需要组合Director和Builder对象，然后才能开始构建，要等构建完后才能获得最终的对象，而模板方法就没有这么麻烦，直接使用子类对象即可。
  1. 生成器模式和组合模式

这两个模式可以组合使用。

对于复杂的组合结构，可以使用生成器模式来一步一步构建。

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