建造者设计模式

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mb5fd33ffac6eab 2021-08-13 16:09:00

文章标签 ide 构造函数建造者模式建造者 java 文章分类 代码人生

一、建造者模式的概念

建造者模式属于创建型设计模式。指的是将一个复杂的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式主要解决在软件系统中，有时候面临着"一个复杂对象"的创建工作，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。

建造者模式主要涉及几个角色：

1、指挥者（Director），负责和客户（Client）对话

2、之后指挥者将客户的产品需求划分为比较稳定的建造过程（AbstractBuilder）

3、指挥者指挥具体的建造者（ConcreteBuilder）干活

4、获取建造者建造的产品给客户

比如组装电脑这个场景，CPU、主板、硬盘和内存等配件是相对稳定的，组装过程也是相当稳定的，先装CPU、内存、硬盘和电源等等（AbstractBuilder），但是配件搭配的方式是多变的（Builder可以多个），如组装家用电脑、游戏电脑。

二.使用场景:

这个就非常重要了，因为如果你学了个东西，都不知道用来解决什么问题，你说有什么用？理解使用场景的的重要性要远高于你是不是会实现这个模式，因为只要你知道什么问题可以使用builder模式来解决，那你即使不会写，也可以在调查相关资料后完成。我不想说一些大而正确的术语来把你搞蒙，我们只针对具体的问题，至于延展性的思考，随着你知识的增长，逐渐会明白的。当一个类的构造函数参数个数超过4个，而且这些参数有些是可选的参数，考虑使用构造者模式。

三.解决的问题:

当一个类的构造函数参数超过4个，而且这些参数有些是可选的时，我们通常有两种办法来构建它的对象。例如我们现在有如下一个类计算机类Computer，其中cpu与ram是必填参数，而其他3个是可选参数，那么我们如何构造这个类的实例呢,通常有两种常用的方式：

public class Computer {
    private String cpu;//必须
    private String ram;//必须
    private int usbCount;//可选
    private String keyboard;//可选
    private String display;//可选
}

第一：折叠构造函数模式（telescoping constructor pattern ），这个我们经常用,如下代码所示

public class Computer {
     ...
    public Computer(String cpu, String ram) {
        this(cpu, ram, 0);
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount) {
        this(cpu, ram, usbCount, "罗技键盘");
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount, String keyboard) {
        this(cpu, ram, usbCount, keyboard, "三星显示器");
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount, String keyboard, String display) {
        this.cpu = cpu;
        this.ram = ram;
        this.usbCount = usbCount;
        this.keyboard = keyboard;
        this.display = display;
    }
}

第二种：Javabean 模式，如下所示

public class Computer {
        ...

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }
    public void setCpu(String cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }
    public String getRam() {
        return ram;
    }
    public void setRam(String ram) {
        this.ram = ram;
    }
    public int getUsbCount() {
        return usbCount;
    }
...
}

那么这两种方式有什么弊端呢？

第一种主要是使用及阅读不方便。你可以想象一下，当你要调用一个类的构造函数时，你首先要决定使用哪一个，然后里面又是一堆参数，如果这些参数的类型很多又都一样，你还要搞清楚这些参数的含义，很容易就传混了。。。那酸爽谁用谁知道。

第二种方式在构建过程中对象的状态容易发生变化，造成错误。因为那个类中的属性是分步设置的，所以就容易出错。

为了解决这两个痛点，builder模式就横空出世了。

如何实现

在Computer 中创建一个静态内部类 Builder，然后将Computer 中的参数都复制到Builder类中。
在Computer中创建一个private的构造函数，参数为Builder类型
在Builder中创建一个public的构造函数，参数为Computer中必填的那些参数，cpu 和ram。
在Builder中创建设置函数，对Computer中那些可选参数进行赋值，返回值为Builder类型的实例
在Builder中创建一个build()方法，在其中构建Computer的实例并返回

下面代码就是最终的样子

public class Computer {
    private final String cpu;//必须
    private final String ram;//必须
    private final int usbCount;//可选
    private final String keyboard;//可选
    private final String display;//可选

    private Computer(Builder builder){
        this.cpu=builder.cpu;
        this.ram=builder.ram;
        this.usbCount=builder.usbCount;
        this.keyboard=builder.keyboard;
        this.display=builder.display;
    }
    public static class Builder{
        private String cpu;//必须
        private String ram;//必须
        private int usbCount;//可选
        private String keyboard;//可选
        private String display;//可选

        public Builder(String cup,String ram){
            this.cpu=cup;
            this.ram=ram;
        }

        public Builder setUsbCount(int usbCount) {
            this.usbCount = usbCount;
            return this;
        }
        public Builder setKeyboard(String keyboard) {
            this.keyboard = keyboard;
            return this;
        }
        public Builder setDisplay(String display) {
            this.display = display;
            return this;
        }        
        public Computer build(){
            return new Computer(this);
        }
    }
  //省略getter方法
}

如何使用

在客户端使用链式调用，一步一步的把对象构建出来。

Computer computer=new Computer.Builder("因特尔","三星")
                .setDisplay("三星24寸")
                .setKeyboard("罗技")
                .setUsbCount(2)
                .build();

案例

构建者模式是一个非常实用而常见的创建类型的模式（creational design pattern)，例如图片处理框架Glide，网络请求框架Retrofit等都使用了此模式。

扩展

其实上面的内容是Builder在Java中一种简化的使用方式，经典的Builder 模式与其有一定的不同，如果没有兴趣的同学就可以不用往下读了。

传统Builder 模式

构建者模式UML图如下所示

建造者设计模式_建造者

如上图所示，builder模式有4个角色。

Product: 最终要生成的对象，例如 Computer实例。
Builder：构建者的抽象基类（有时会使用接口代替）。其定义了构建Product的抽象步骤，其实体类需要实现这些步骤。其会包含一个用来返回最终产品的方法Product getProduct()。
ConcreteBuilder: Builder的实现类。
Director: 决定如何构建最终产品的算法. 其会包含一个负责组装的方法void Construct(Builder builder)，在这个方法中通过调用builder的方法，就可以设置builder，等设置完成后，就可以通过builder的 getProduct() 方法获得最终的产品。

我们接下来将最开始的例子使用传统方式来实现一遍。

第一步：我们的目标Computer类：

public class Computer {
    private String cpu;//必须
    private String ram;//必须
    private int usbCount;//可选
    private String keyboard;//可选
    private String display;//可选

    public Computer(String cpu, String ram) {
        this.cpu = cpu;
        this.ram = ram;
    }
    public void setUsbCount(int usbCount) {
        this.usbCount = usbCount;
    }
    public void setKeyboard(String keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }
    public void setDisplay(String display) {
        this.display = display;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", ram='" + ram + '\'' +
                ", usbCount=" + usbCount +
                ", keyboard='" + keyboard + '\'' +
                ", display='" + display + '\'' +
                '}';
    }
}

第二步：抽象构建者类

public abstract class ComputerBuilder {
    public abstract void setUsbCount();
    public abstract void setKeyboard();
    public abstract void setDisplay();

    public abstract Computer getComputer();
}

第三步：实体构建者类，我们可以根据要构建的产品种类产生多了实体构建者类，这里我们需要构建两种品牌的电脑，苹果电脑和联想电脑，所以我们生成了两个实体构建者类。

苹果电脑构建者类

public class MacComputerBuilder extends ComputerBuilder {
    private Computer computer;
    public MacComputerBuilder(String cpu, String ram) {
        computer = new Computer(cpu, ram);
    }
    @Override
    public void setUsbCount() {
        computer.setUsbCount(2);
    }
    @Override
    public void setKeyboard() {
        computer.setKeyboard("苹果键盘");
    }
    @Override
    public void setDisplay() {
        computer.setDisplay("苹果显示器");
    }
    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

联想电脑构建者类

public class LenovoComputerBuilder extends ComputerBuilder {
    private Computer computer;
    public LenovoComputerBuilder(String cpu, String ram) {
        computer=new Computer(cpu,ram);
    }
    @Override
    public void setUsbCount() {
        computer.setUsbCount(4);
    }
    @Override
    public void setKeyboard() {
        computer.setKeyboard("联想键盘");
    }
    @Override
    public void setDisplay() {
        computer.setDisplay("联想显示器");
    }
    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

第四步：指导者类（Director）

public class ComputerDirector {
    public void makeComputer(ComputerBuilder builder){
        builder.setUsbCount();
        builder.setDisplay();
        builder.setKeyboard();
    }
}

使用

首先生成一个director (1)，然后生成一个目标builder (2)，接着使用director组装builder (3),组装完毕后使用builder创建产品实例 (4)。

public static void main(String[] args) {
        ComputerDirector director=new ComputerDirector();//1
        ComputerBuilder builder=new MacComputerBuilder("I5处理器","三星125");//2
        director.makeComputer(builder);//3
        Computer macComputer=builder.getComputer();//4
        System.out.println("mac computer:"+macComputer.toString());

        ComputerBuilder lenovoBuilder=new LenovoComputerBuilder("I7处理器","海力士222");
        director.makeComputer(lenovoBuilder);
        Computer lenovoComputer=lenovoBuilder.getComputer();
        System.out.println("lenovo computer:"+lenovoComputer.toString());
}

输出结果如下：

mac computer:Computer{cpu='I5处理器', ram='三星125', usbCount=2, keyboard='苹果键盘', display='苹果显示器'}
lenovo computer:Computer{cpu='I7处理器', ram='海力士222', usbCount=4, keyboard='联想键盘', display='联想显示器'}

可以看到，文章最开始的使用方式是传统builder模式的变种，首先其省略了director 这个角色，将构建算法交给了client端，其次将builder 写到了要构建的产品类里面，最后采用了链式调用。

郭慕荣

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