Builder模式

一、场景

建造者模式是日常开发中比较常见的设计模式，它的主要作用就是将复杂事物创建的过程抽象出来，该抽象的不同实现方式不同，创建出的对象也不同。通俗的讲，创建一个对象一般都会有一个固定的步骤，这个固定的步骤我们把它抽象出来，每个抽象步骤都会有不同的实现方式，不同的实现方式创建出的对象也将不同。举个常见的例子，想必大家都买过电脑，电脑的生产或者组装其实就是属于建造者模式，我们知道，电脑的生产都需要安装CPU、内存条、硬盘等元器件。

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 ）--多个重载的构造函数

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--使用 setter 方法挨个构造

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，维护困难。

第二种方式：好处是：易于阅读，并且可以只对有用的成员变量赋值。缺点是：成员变量不可以是final类型，失去了不可变对象的很多好处。对象状态不连续，因为那个类中的属性是分步设置的。

为了解决这两个痛点，就看builder模式。

二、什么是建造者模式

Builder模式也叫建造者模式或者生成器模式，是由GoF提出的23种设计模式中的一种。
Builder模式是一种对象创建型模式之一，用来隐藏复合对象的创建过程，它把复合对象的创建过程加以抽象，通过子类继承和重载的方式，动态地创建具有复合属性的对象。

建造者模式分为两种，一种为经典建造者模式，另一种为变种建造者模式。

2.1、变种建造者模式--链式方法

可以很好的解决第一种参数过多的问题和第二种的对final成员变量的构造的问题。

基本步骤：

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

public class Computer {
    private final String cpu;//必须，final 类型需要在 构造器中初始化，不允许不初始化它的构造器存在
    private final String ram;//必须，final 类型需要在 构造器中初始化，不允许不初始化它的构造器存在
    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")//必填字段
                .setDisplay("三星24寸")
                .setKeyboard("罗技")
                .setUsbCount(2)
                .build();

变种 Builder 模式目的在于减少对象创建过程中引入的多个构造函数、可选参数以及多个 setter 过度使用导致的不必要的复杂性。

为了对比，下面继续看一看经典的建造者模式。

2.2、经典建造者模式的结构

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。

2.2.1、实例

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。

总结使用场景：

对象的创建：Builder模式是为对象的创建而设计的模式，而且构造函数很多，很难决定再开发期间调用哪一个构造函数
创建的是一个复合对象：被创建的对象为一个具有复合属性的复合对象；
关注对象创建的各部分的创建过程：不同的工厂（这里指builder生成器）对产品属性有不同的创建方法；

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/58093669

posted on 2012-06-03 18:51 duanxz 阅读(338) 评论(0) 编辑收藏举报