开局一张图,剩下全靠写...

设计模式【4】-- 建造者模式详解_设计模式

引言

设计模式集合:http://aphysia.cn/categories/designpattern

如果你用过 ​​Mybatis​​ ,相信你对以下代码的写法并不陌生,先创建一个​​builder​​对象,然后再调用​​.build()​​函数:

InputStream is = Resources.getResourceAsStream("mybatis.xml");
SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(is);
SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();

上面其实就是我们这篇文章所要讲解的 建造者模式,下面让我们一起来琢磨一下它。

什么是建造者模式

建造者模式是设计模式的一种,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。(来源于百度百科)

建造者模式,其实是创建型模式的一种,也是23种设计模式中的一种,从上面的定义来看比较模糊,但是不得不承认,当我们有能力用简洁的话去定义一个东西的时候,我们才是真的了解它了,因为这个时候我们已经知道它的界限在哪。 所谓将一个复杂对象的构建与它的表示分离,就是将对象的构建器抽象出来,构造的过程一样,但是不一样的构造器可以实现不一样的表示。

结构与例子

建造者模式主要分为以下四种角色:

  • 产品(​​Product​​):具体生产器要构造的复杂对象
  • 抽象生成器(​​Bulider​​):抽象生成器是一个接口,创建一个产品各个部件的接口方法,以及返回产品的方法
  • 具体建造者(​​ConcreteBuilder​​):按照自己的产品特性,实现抽象建造者对应的接口
  • 指挥者(​​Director​​):创建一个复杂的对象,控制具体的流程

说到这里,可能会有点懵,毕竟全都是定义,下面从实际例子来讲讲,就拿程序员最喜欢的电脑来说,假设现在要生产多种电脑,电脑有屏幕,鼠标,cpu,主板,磁盘,内存等等,我们可能立马就能写出来:

public class Computer {
private String screen;
private String mouse;
private String cpu;
private String mainBoard;
private String disk;
private String memory;
...
public String getMouse() {
return mouse;
}


public void setMouse(String mouse) {
this.mouse = mouse;
}


public String getCpu() {
return cpu;
}


public void setCpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
}
...
}

上面的例子中,每一种属性都使用单独的​​set​​方法,要是生产不同的电脑的不同部件,具体的实现还不太一样,这样一个类实现起来貌似不是很优雅,比如联想电脑和华硕电脑的屏幕的构建过程不一样,而且这些部件的构建,理论上都是电脑的一部分,我们可以考虑流水线式的处理。 当然,也有另外一种实现,就是多个构造函数,不同的构造函数带有不同的参数,实现了可选的参数:

public class Computer {
private String screen;
private String mouse;
private String cpu;
private String mainBoard;
private String disk;
private String memory;


public Computer(String screen) {
this.screen = screen;
}


public Computer(String screen, String mouse) {
this.screen = screen;
this.mouse = mouse;
}


public Computer(String screen, String mouse, String cpu) {
this.screen = screen;
this.mouse = mouse;
this.cpu = cpu;
}
...
}

上面多种参数的构造方法,理论上满足了按需构造的要求,但是还是会有不足的地方:

  • 倘若构造每一个部件的过程都比较复杂,那么构造函数看起来就比较凌乱
  • 如果有多种按需构造的要求,构造函数就太多了
  • 构造不同的电脑类型,耦合在一块,必须抽象出来

首先,我们先用流水线的方式,实现按需构造,不能重载那么多构造函数:

public class Computer {
private String screen;
private String mouse;
private String cpu;
private String mainBoard;
private String disk;
private String memory;


public Computer setScreen(String screen) {
this.screen = screen;
return this;
}


public Computer setMouse(String mouse) {
this.mouse = mouse;
return this;
}


public Computer setCpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
return this;
}


public Computer setMainBoard(String mainBoard) {
this.mainBoard = mainBoard;
return this;
}


public Computer setDisk(String disk) {
this.disk = disk;
return this;
}


public Computer setMemory(String memory) {
this.memory = memory;
return this;
}
}

使用的时候,构造起来,就像是流水线一样,一步一步构造就可以:

Computer computer = new Computer()
.setScreen("高清屏幕")
.setMouse("罗技鼠标")
.setCpu("i7处理器")
.setMainBoard("联想主板")
.setMemory("32G内存")
.setDisk("512G磁盘");

但是以上的写法不够优雅,既然构造过程可能很复杂,为何不用一个特定的类来构造呢?这样构造的过程和主类就分离了,职责更加清晰,在这里内部类就可以了:

package designpattern.builder;


import javax.swing.*;


public class Computer {
private String screen;
private String mouse;
private String cpu;
private String mainBoard;
private String disk;
private String memory;


Computer(Builder builder) {
this.screen = builder.screen;
this.cpu = builder.cpu;
this.disk = builder.disk;
this.mainBoard = builder.mainBoard;
this.memory = builder.memory;
this.mouse = builder.mouse;
}


public static class Builder {
private String screen;
private String mouse;
private String cpu;
private String mainBoard;
private String disk;
private String memory;


public Builder setScreen(String screen) {
this.screen = screen;
return this;
}


public Builder setMouse(String mouse) {
this.mouse = mouse;
return this;
}


public Builder setCpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
return this;
}


public Builder setMainBoard(String mainBoard) {
this.mainBoard = mainBoard;
return this;
}


public Builder setDisk(String disk) {
this.disk = disk;
return this;
}


public Builder setMemory(String memory) {
this.memory = memory;
return this;
}


public Computer build() {
return new Computer(this);
}
}
}

使用的时候,使用​​builder​​来构建,构建完成之后,调用build的时候,再将具体的值,赋予我们需要的对象(这里是​​Computer​​):

public class Test {
public static void main(String[] args) {
Computer computer = new Computer.Builder()
.setScreen("高清屏幕")
.setMouse("罗技鼠标")
.setCpu("i7处理器")
.setMainBoard("联想主板")
.setMemory("32G内存")
.setDisk("512G磁盘")
.build();
System.out.println(computer.toString());
}
}

但是上面的写法,如果我们构造多种电脑,每种电脑的配置不太一样,构建的过程也不一样,那么我们就必须将构造器抽象出来,变成一个抽象类。 首先我们定义产品类​​Computer​​:

public class Computer {
private String screen;
private String mouse;
private String cpu;


public void setScreen(String screen) {
this.screen = screen;
}


public void setMouse(String mouse) {
this.mouse = mouse;
}


public void setCpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
}


@Override
public String toString() {
return "Computer{" +
"screen='" + screen + '\'' +
", mouse='" + mouse + '\'' +
", cpu='" + cpu + '\'' +
'}';
}
}

定义一个抽象的构造类,用于所有的电脑类构造:

public abstract class Builder {
abstract Builder buildScreen(String screen);
abstract Builder buildMouse(String mouse);
abstract Builder buildCpu(String cpu);


abstract Computer build();
}

先构造一台联想电脑,那联想电脑必须实现自己的构造器,每一款电脑总有自己特殊的地方:

public class LenovoBuilder extends Builder {
private Computer computer = new Computer();


@Override
Builder buildScreen(String screen) {
computer.setScreen(screen);
return this;
}


@Override
Builder buildMouse(String mouse) {
computer.setMouse(mouse);
return this;
}


@Override
Builder buildCpu(String cpu) {
computer.setCpu(cpu);
return this;
}


@Override
Computer build() {
System.out.println("构建中...");
return computer;
}
}

构建器有了,还需要有个指挥者,它负责去构建我们具体的电脑:

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

public void doProcess(String screen,String mouse,String cpu){
builder.buildScreen(screen)
.buildMouse(mouse)
.buildCpu(cpu);
}
}

使用的时候,我们只需要先构建​​builder​​,然后把​​builder​​传递给指挥者,他负责具体的构建,构建完之后,构建器调用一下​​.build()​​方法,就可以创建出一台电脑。

public class Test {
public static void main(String[] args) {
LenovoBuilder builder = new LenovoBuilder();
Director director = new Director(builder);
director.doProcess("联想屏幕","游戏鼠标","高性能cpu");
Computer computer = builder.build();
System.out.println(computer);
}
}

打印结果:

构建中...
Computer{screen='联想屏幕', mouse='游戏鼠标', cpu='高性能cpu'}

以上其实就是完整的建造者模式,但是我们平时用的,大部分都是自己直接调用构建器​​Builder​​,一路​​set()​​,最后​​build()​​,就创建出了一个对象。

使用场景

构建这模式的好处是什么?首先想到的应该是将构建的过程解耦了,构建的过程如果很复杂,单独拎出来写,清晰简洁。其次,每个部分的构建,其实都是可以独立去创建的,不需要多个构造方法,构建的工作交给了构建器,而不是对象本身。专业的人做专业的事。同样,构建者模式也比较适用于不同的构造方法或者构造顺序,可能会产生不同的构造结果的场景。 但是缺点还是有的,需要维护多出来的​​Builder​​对象,如果多种产品之间的共性不多,那么抽象的构建器将会失去它该有的作用。如果产品类型很多,那么定义太多的构建类来实现这种变化,代码也会变得比较复杂。 最近在公司用​​GRPC​​,里面的对象几乎都是基于构建者模式,链式的构建确实写着很舒服,也比较优雅,代码是写给人看的,我们所做的一切设计模式,都是为了拓展,解耦,以及避免代码只能口口相传。 【作者简介】: 秦怀,公众号【秦怀杂货店】作者,技术之路不在一时,山高水长,纵使缓慢,驰而不息。个人写作方向:​​Java源码解析​​,​​JDBC​​,​​Mybatis​​,​​Spring​​,​​redis​​,​​分布式​​,​​剑指Offer​​,​​LeetCode​​等,认真写好每一篇文章,不喜欢标题党,不喜欢花里胡哨,大多写系列文章,不能保证我写的都完全正确,但是我保证所写的均经过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处,还望指正。 ​​剑指Offer全部题解PDF​​ ​​2020年我写了什么?​​ ​​开源编程笔记​