代码改变世界

秒懂设计模式之建造者模式

2021-01-09 16:04  默念默  阅读(130)  评论(0编辑  收藏  举报

定义

定义虽然基本没有屌用,因为大部分人都看不懂,但是还的说出来。。。

The intent of the Builder design pattern is to separate the construction of a complex object from its representation. By doing so the same construction process can create different representations.
将一个复杂对象的构建与其表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示

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。延展阅读

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。

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

  1. 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。
  2. 在Computer中创建一个private的构造函数,参数为Builder类型
  3. 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。
  4. 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
  5. 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

 

 

 

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。

总结

设计模式值得你刻意练习!