在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象，这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。例如，计算机是由 OPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。
生活中这样的例子很多，如游戏中的不同角色，其性别、个性、能力、脸型、体型、服装、发型等特性都有所差异；还有汽车中的方向盘、发动机、车架、轮胎等部件也多种多样；每封电子邮件的发件人、收件人、主题、内容、附件等内容也各不相同。
以上所有这些产品都是由多个部件构成的，各个部件可以灵活选择，但其创建步骤都大同小异。这类产品的创建无法用前面介绍的工厂模式描述，只有建造者模式可以很好地描述该类产品的创建。
模式的定义与特点
建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。
该模式的主要优点如下：
- 各个具体的建造者相互独立，有利于系统的扩展。
- 客户端不必知道产品内部组成的细节，便于控制细节风险。
其缺点如下：
- 产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
- 如果产品的内部变化复杂，该模式会增加很多的建造者类。
建造者（Builder）模式和工厂模式的关注点不同：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的创建过程，但两者可以结合使用。
模式的结构与实现
建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成，现在我们来分析其基本结构和实现方法。
1. 模式的结构
建造者（Builder）模式的主要角色如下。
- 产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个滅部件。
- 抽象建造者（Builder）：它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
- 具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
- 指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。
其结构图如图 1 所示。
图1 建造者模式的结构图
2. 模式的实现
图 1 给出了建造者（Builder）模式的主要结构，其相关类的代码如下。
(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。
class Product { private String partA; private String partB; private String partC; public void setPartA(String partA) { this.partA=partA; } public void setPartB(String partB) { this.partB=partB; } public void setPartC(String partC) { this.partC=partC; } public void show() { //显示产品的特性 } }
(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。
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; } }
(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。
public class ConcreteBuilder extends Builder { public void buildPartA() { product.setPartA("建造 PartA"); } public void buildPartB() { product.setPartA("建造 PartB"); } public void buildPartC() { product.setPartA("建造 PartC"); } }
(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。
class Director { private Builder builder; public Director(Builder builder) { this.builder=builder; } //产品构建与组装方法 public Product construct() { builder.buildPartA(); builder.buildPartB(); builder.buildPartC(); return builder.getResult(); } }
(5) 客户类。
public class Client { public static void main(String[] args) { Builder builder=new ConcreteBuilder(); Director director=new Director(builder); Product product=director.construct(); product.show(); } }
模式的应用实例
【例1】用建造者（Builder）模式描述客厅装修。
分析：客厅装修是一个复杂的过程，它包含墙体的装修、电视机的选择、沙发的购买与布局等。客户把装修要求告诉项目经理，项目经理指挥装修工人一步步装修，最后完成整个客厅的装修与布局，所以本实例用建造者模式实现比较适合。
这里客厅是产品，包括墙、电视和沙发等组成部分。具体装修工人是具体建造者，他们负责装修与墙、电视和沙发的布局。项目经理是指挥者，他负责指挥装修工人进行装修。
另外，客厅类中提供了 show() 方法，可以将装修效果图显示出来（点此下载装修效果图的图片）。客户端程序通过对象生成器类 ReadXML 读取 XML 配置文件中的装修方案数据（点此下载 XML 文件），调用项目经理进行装修。其类图如图 2 所示。
图2 客厅装修的结构图
程序代码如下：
package Builder; import java.awt.*; import javax.swing.*; public class ParlourDecorator { public static void main(String[] args) { try { Decorator d; d=(Decorator) ReadXML.getObject(); ProjectManager m=new ProjectManager(d); Parlour p=m.decorate(); p.show(); } catch(Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } } } //产品：客厅 class Parlour { private String wall; //墙 private String TV; //电视 private String sofa; //沙发 public void setWall(String wall) { this.wall=wall; } public void setTV(String TV) { this.TV=TV; } public void setSofa(String sofa) { this.sofa=sofa; } public void show() { JFrame jf=new JFrame("建造者模式测试"); Container contentPane=jf.getContentPane(); JPanel p=new JPanel(); JScrollPane sp=new JScrollPane(p); String parlour=wall+TV+sofa; JLabel l=new JLabel(new ImageIcon("src/"+parlour+".jpg")); p.setLayout(new GridLayout(1,1)); p.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("客厅")); p.add(l); contentPane.add(sp,BorderLayout.CENTER); jf.pack(); jf.setVisible(true); jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); } } //抽象建造者：装修工人 abstract class Decorator { //创建产品对象 protected Parlour product=new Parlour(); public abstract void buildWall(); public abstract void buildTV(); public abstract void buildSofa(); //返回产品对象 public Parlour getResult() { return product; } } //具体建造者：具体装修工人1 class ConcreteDecorator1 extends Decorator { public void buildWall() { product.setWall("w1"); } public void buildTV() { product.setTV("TV1"); } public void buildSofa() { product.setSofa("sf1"); } } //具体建造者：具体装修工人2 class ConcreteDecorator2 extends Decorator { public void buildWall() { product.setWall("w2"); } public void buildTV() { product.setTV("TV2"); } public void buildSofa() { product.setSofa("sf2"); } } //指挥者：项目经理 class ProjectManager { private Decorator builder; public ProjectManager(Decorator builder) { this.builder=builder; } //产品构建与组装方法 public Parlour decorate() { builder.buildWall(); builder.buildTV(); builder.buildSofa(); return builder.getResult(); } }
package Builder; import javax.xml.parsers.*; import org.w3c.dom.*; import java.io.*; class ReadXML { public static Object getObject() { try { DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance(); DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder(); Document doc; doc=builder.parse(new File("src/Builder/config.xml")); NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className"); Node classNode=nl.item(0).getFirstChild(); String cName="Builder."+classNode.getNodeValue(); System.out.println("新类名："+cName); Class<?> c=Class.forName(cName); Object obj=c.newInstance(); return obj; } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } } }
程序运行结果如图 3 所示。
图3 客厅装修的运行结果
模式的应用场景
建造者（Builder）模式创建的是复杂对象，其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一起的算法却相对稳定，所以它通常在以下场合使用。
- 创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
- 创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。
模式的扩展
建造者（Builder）模式在应用过程中可以根据需要改变，如果创建的产品种类只有一种，只需要一个具体建造者，这时可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指挥者角色。