𝓝𝓮𝓶𝓸&博客

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【设计模式】建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象。该 Builder 类是独立于其他对象的。

基本介绍

  • 意图：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。

  • 主要解决：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。

  • 何时使用：一些基本部件不会变，而其组合经常变化的时候。

  • 如何解决：将变与不变分离开。

  • 关键代码：建造者：创建和提供实例，导演：管理建造出来的实例的依赖关系。

  • 应用实例：

    • 1、去肯德基，汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等是不变的，而其组合是经常变化的，生成出所谓的"套餐"。
    • 2、JAVA 中的 StringBuilder。

  • 优点：

    • 1、建造者独立，易扩展。
    • 2、便于控制细节风险。

  • 缺点：

    • 1、产品必须有共同点，范围有限制。
    • 2、如内部变化复杂，会有很多的建造类。

  • 使用场景：

    • 1、需要生成的对象具有复杂的内部结构。
    • 2、需要生成的对象内部属性本身相互依赖。

注意事项：与工厂模式的区别是：建造者模式更加关注与零件装配的顺序。

概括

基本介绍

  1. 建造者模式（Builder Pattern）又叫生成器模式，是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现（属性）的对象。
  2. 建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们， 用户不需要知道内部的具体构建细节。

建造者模式原理类图

建造者模式的四个角色

  1. Product（产品角色）：一个具体的产品对象。
  2. Builder（抽象建造者）：创建一个 Product 对象的各个部件指定的 接口/抽象类。
  3. ConcreteBuilder（具体建造者）：实现接口，构建和装配各个部件。
  4. Director（指挥者）：构建一个使用 Builder 接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。
    它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。

我的理解

去肯德基，汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等是不变的，而其组合是经常变化的，生成出所谓的"套餐"。建造出不同的套餐。

MC 里面的石头木棒，不同的组合变成斧头、铲子、锄头，这就是建造。

建造者把构造和业务处理分开成两个
建造者把产品和建造过程分开出来 解耦
建造过程都是一样的 提取出来
而产品之间的区别在于材料不一样 过程是一样的
所以提取出过程 单独设置材料即可

比如说蛋炒饭、鸡蛋炒饭、鸭蛋炒饭，过程是一样的，只是材料不同，提取出一样的过程作为建造者

其实也可以理解为加工

比如说一个源代码，要经过预处理、编译、链接，才能运行，建造者就是把这几步提取到一个类里面，方便使用
或者说maven的各个生命周期，每个阶段都必须执行前面的步骤，把各个步骤提取出来，就是建造者。

我的理解：
建造器主要是为了取代构造器，让我们一步一步建造我们想要的某个对象。

// 构造器
Human human = new Human("Nemo", 18, "男");

// 建造器
Human human = Human.builder()
                   .name("Nemo")
				   .age(18)
				   .sex("男")
				   .build();

MM 最爱听的就是“我爱你”这句话了，见到不同地方的 MM,要能够用她们的方言跟她说这句话哦，我有一个多种语言翻译机，上面每种语言都有一个按键，见到 MM 我只要按对应的键，它就能够用相应的语言说出“我爱你”这句话了，国外的 MM 也可以轻松搞定，这就是我的“我爱你”builder。（这一定比美军在伊拉克用的翻译机好卖）

建造模式：将产品的内部表象和产品的生成过程分割开来，从而使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。建造模式使得产品内部表象可以独立的变化，客户不必知道产品内部组成的细节。建造模式可以强制实行一种分步骤进行的建造过程。

应用实例

盖房项目需求

  1. 需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶
  2. 房子有各种各样的，比如普通房，高楼，别墅，各种房子的过程虽然一样，但是要求不要相同的.
  3. 请编写程序，完成需求.

使用传统方式

  1. 思路分析(图解)

代码演示：

AbstractHouse

package com.nemo.builder;

public abstract class AbstractHouse {

    //打地基
    public abstract void buildBasic();

    //砌墙
    public abstract void buildWalls();
    
    //封顶
    public abstract void roofed();


    public void build() { 
        buildBasic(); 
        buildWalls(); 
        roofed();
    }

}

CommonHouse

package com.nemo.builder;


public class CommonHouse extends AbstractHouse {

    @Override
    public void buildBasic() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 普通房子打地基 ");
    }


    @Override
    public void buildWalls() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 普通房子砌墙 ");
    }


    @Override
    public void roofed() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 普通房子封顶 ");
    }
}

Client

package com.nemo.builder;

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        CommonHouse commonHouse = new CommonHouse(); commonHouse.build();
    }
}

传统方式的问题分析

  1. 优点是比较好理解，简单易操作。
  2. 设计的程序结构，过于简单，没有设计缓存层对象，程序的扩展和维护不好. 也就是说，这种设计方案，把产品(即：房子) 和 创建产品的过程(即：建房子流程) 封装在一起，耦合性增强了。
  3. 解决方案：将产品和产品建造过程解耦 => 建造者模式.

使用建造者模式

  1. 需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶。不管是普通房子也好，别墅也好都需要经历这些过程，下面我们使用建造者模式(Builder Pattern)来完成
  2. 思路分析图解(类图)

代码实现

House

package com.nemo.builder.improve;

// 产 品 ->Product 
public class House {
    private String baise; 
    private String wall; 
    private String roofed; 

    public String getBaise() {
        return baise;
    }
    public void setBaise(String baise) { 
        this.baise = baise;
    }
    public String getWall() { 
        return wall;
    }
    public void setWall(String wall) { 
        this.wall = wall;
    }
    public String getRoofed() { 
        return roofed;
    }
    public void setRoofed(String roofed) { 
        this.roofed = roofed;
    }
}

HouseBuilder

package com.nemo.builder.improve;

// 抽象的建造者
public abstract class HouseBuilder {

    protected House house = new House();

    //将建造的流程写好, 抽象的方法
    public abstract void buildBasic(); 
    public abstract void buildWalls(); 
    public abstract void roofed();

    //建造房子好， 将产品(房子) 返回
    public House buildHouse() { 
        return house;
    }
}

CommonHouse

package com.nemo.builder.improve;


public class CommonHouse extends HouseBuilder {

    @Override
    public void buildBasic() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 普通房子打地基 5 米 ");
    }


    @Override
    public void buildWalls() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 普通房子砌墙 10cm ");
    }


    @Override
    public void roofed() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 普通房子屋顶 ");
    }
}

HighBuilding

package com.nemo.builder.improve;


public class HighBuilding extends HouseBuilder {

    @Override
    public void buildBasic() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 高楼的打地基 100 米 ");
    }


    @Override
    public void buildWalls() {
        // TODO Auto-generated method stub 
        System.out.println(" 高楼的砌墙 20cm ");
    }


    @Override
    public void roofed() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");
    }

}

HouseDirector

package com.nemo.builder.improve;

//指挥者，这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {

    HouseBuilder houseBuilder = null;

    //构造器传入 houseBuilder
    public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) { 
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    //通过 setter 传入 houseBuilder
    public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) { 
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    //如何处理建造房子的流程，交给指挥者 
    public House constructHouse() {
        houseBuilder.buildBasic(); 
        houseBuilder.buildWalls(); 
        houseBuilder.roofed();
        return houseBuilder.buildHouse();
    }
}

Client

package com.nemo.builder.improve;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {

        //盖普通房子
        CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
        //准备创建房子的指挥者
        HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);

        //完成盖房子，返回产品(普通房子)
        House house = houseDirector.constructHouse();
        //System.out.println(" 输 出 流 程 "); 
        
        System.out.println("--------------------------");

        //盖高楼
        HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
        //重置建造者
        houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
        //完成盖房子，返回产品(高楼) 
        houseDirector.constructHouse();
    }
}

建造者模式在 JDK 的应用和源码分析

  1. java.lang.StringBuilder 中的建造者模式
  2. 代码说明+Debug 源码
  3. 源码中建造者模式角色分析
    • Appendable 接口定义了多个 append 方法(抽象方法), 即 Appendable 为抽象建造者, 定义了抽象方法
    • AbstractStringBuilder 实现了 Appendable 接口方法，这里的 AbstractStringBuilder 已经是建造者，只是不能实例化
    • StringBuilder 即充当了指挥者角色，同时充当了具体的建造者，建造方法的实现是由 AbstractStringBuilder 完成 , 而 StringBuilder 继承了 AbstractStringBuilder
StringBuilder sb = new StringBuilder();
String str = sb.append("你")
  .append("好")
  .append("世界")
  .toString(); // 建造

建造者模式的注意事项和细节

  1. 客户端(使用程序)不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象
  2. 每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象
  3. 可以更加精细地控制产品的创建过程 。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰， 也更方便使用程序来控制创建过程
  4. 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合“开闭原则”
  5. 建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
  6. 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大，因此在这种情况下，要考虑是否选择建造者模式.
  7. 抽象工厂模式 VS 建造者模式
    抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品

常用的建造者模式

下面我们介绍一个更加常用的建造者模式。

辛辛苦苦盖个房，工具一大堆，朋友一大把，为啥还要请个建筑队。

直接使用构造函数或者配合 set 方法就能创建对象，为什么还需要建造者模式来创建呢？建造者模式和工厂模式都可以创建对象，那它们两个的区别在哪里呢？

一、为什么要用创建者模式

如果一个类中有很多属性，为了避免构造函数的参数列表过长，影响代码的可读性和易用性，我们可以通过构造函数配合 set() 方法来解决。但是，如果存在下面情况中的任意一种，我们就要考虑使用建造者模式了。

  • 我们把类的必填属性放到构造函数中，强制创建对象的时候就设置。如果必填的属性有很多，就把这些必填属性都放到构造函数中设置，那构造函数就会又出现参数列表很长的问题。如果我们把必填属性通过set方法设置，那校验这些必填属性是否已经填写的逻辑就无处安放了。

  • 如果类的属性之间有一定的依赖关系或者约束条件，我们继续使用构造函数配合set()方法的设计思路，那么这些依赖关系或者约束条件的校验逻辑就无处安放了。

  • 如果我们希望创建不可变对象，也就是说，对象在创建好之后，就不能再修改内部的属性值。要实现这个功能，我们就不能在类中暴露set()方法，构造函数配合set()方法来设置属性值的方式就不适用了。

二、如何实现创建者模式

举例来说：
假设有这样一道设计面试题：我们需要定义一个资源池配置类 ResourcePoolConfig。这里的资源池，你可以简单理解为线程池、连接池、对象池等。在这个资源池配置类中，有以下几个成员变量，也就是可配置项。现在，请你编写代码实现这个 ResourcePoolConfig 类。

image

可以把校验逻辑放置到 Builder 类中，先创建建造者，并且通过 set() 方法设置建造者的变量值，然后在使用 build() 方法真正创建对象之前，做集中的校验，校验通过之后才会创建对象。除此之外，我们把 ResourcePoolConfig 的构造函数改为 private 私有权限。这样我们就只能通过建造者来创建 ResourcePoolConfig 类对象。并且，ResourcePoolConfig 没有提供任何 set() 方法，这样我们创建出来的对象就是不可变对象了。

public class ResourcePoolConfig {
  private String name;
  private int maxTotal;
  private int maxIdle;
  private int minIdle;

  private ResourcePoolConfig(Builder builder) {
    this.name = builder.name;
    this.maxTotal = builder.maxTotal;
    this.maxIdle = builder.maxIdle;
    this.minIdle = builder.minIdle;
  }
  //...省略getter方法...

  //我们将Builder类设计成了ResourcePoolConfig的内部类。
  //我们也可以将Builder类设计成独立的非内部类ResourcePoolConfigBuilder。
  public static class Builder {
    private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL = 8;
    private static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8;
    private static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0;

    private String name;
    private int maxTotal = DEFAULT_MAX_TOTAL;
    private int maxIdle = DEFAULT_MAX_IDLE;
    private int minIdle = DEFAULT_MIN_IDLE;

    public ResourcePoolConfig build() {
      // 校验逻辑放到这里来做，包括必填项校验、依赖关系校验、约束条件校验等
      if (StringUtils.isBlank(name)) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      if (maxIdle > maxTotal) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      if (minIdle > maxTotal || minIdle > maxIdle) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }

      return new ResourcePoolConfig(this);
    }

    public Builder setName(String name) {
      if (StringUtils.isBlank(name)) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.name = name;
      return this;
    }

    public Builder setMaxTotal(int maxTotal) {
      if (maxTotal <= 0) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.maxTotal = maxTotal;
      return this;
    }

    public Builder setMaxIdle(int maxIdle) {
      if (maxIdle < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.maxIdle = maxIdle;
      return this;
    }

    public Builder setMinIdle(int minIdle) {
      if (minIdle < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.minIdle = minIdle;
      return this;
    }
  }
}

// 这段代码会抛出IllegalArgumentException，因为minIdle>maxIdle
ResourcePoolConfig config = new ResourcePoolConfig.Builder()
        .setName("dbconnectionpool")
        .setMaxTotal(16)
        .setMaxIdle(10)
        .setMinIdle(12)
        .build();

使用建造者模式创建对象，还能避免对象存在无效状态。我再举个例子解释一下。比如我们定义了一个长方形类，如果不使用建造者模式，采用先创建后 set 的方式，那就会导致在第一个 set 之后，对象处于无效状态。具体代码如下所示：

Rectangle r = new Rectange(); // r is invalid
r.setWidth(2); // r is invalid
r.setHeight(3); // r is valid

为了避免这种无效状态的存在，我们就需要使用构造函数一次性初始化好所有的成员变量。如果构造函数参数过多，我们就需要考虑使用建造者模式，先设置建造者的变量，然后再一次性地创建对象，让对象一直处于有效状态。

三、创建者模式和工厂模式的区别？

工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。

建造者模式是用来创建一种类型的复杂对象，通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。

posted @ 2020-07-09 17:16  Nemo&  阅读(344)  评论(0)  编辑  收藏  举报