JAVA设计模式之建造者模式

Posted 2023-01-25 孔子-说

转自 JAVA设计模式之建造者模式

建造者模式（Builder）的定义

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。

Builder模式是一步一步创建一个复杂对象的创建型模式，它允许使用者在不知道内部建造细节的情况下，可以更精细的控制对象的构造流程。该模式是为了将构建复杂对象的过程和它的部件解耦，是的构建过程和不见得表示隔离开来。

因为一个复杂的对象有很多大量组成部分，如电脑，有主机，显示器，操作系统，还有各种小零件等，如何将这些不见组建成一台电脑，这个装配过程很漫长，也很复杂，为了在构建过程中对外部隐藏实现细节，就可以使用Builder模式将部件和组装过程分离，使得构建过程和部件都可以自由扩展，两者之间的耦合也降到最低。

建造者模式（Builder）优缺点

建造者模式是一种创建型设计模式。其主要优点如下：

1. 产品的建造和表示分离，实现了解耦，可以使用相同的创建过程得到不同的产品。
2. 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。（良好的封装性，不必知道内部组成的细节）
3. 增加新的具体建造者无需修改原有类库的代码，易于拓展，符合“开闭原则“。

缺点：

1. 产品必须有共同点，限制了使用范围。建造者模式创造出来的产品，其组成部分基本相同。如果产品之间的差异较大，则不适用这个模式。
2. 产生多余的builder对象以及director对象，消耗内存。（如内部变化复杂，会有很多的建造类，难以维护）

适用环境：

1. 相同的方法，不同的执行顺序，产生不同的事件结果。
2. 对各部件或零件，都可以配到一个对象中，但是产生的运行结果又不相同时。
3. 产品类非常复杂，或者产品类中的调用顺序不同产生了不同的结果，这个时候使用创建者模式非常合适。
4. 当初始化一个对象特别复杂，如参数多，且很多参数都有默认值时（一个类有多个构造函数的时候，可以考虑使用建造者模式）
5. 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象具备共性；
6. 隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同的产品。
7. 需要生成的对象内部属性本身相互依赖。

建造者模式（Builder）的结构

建造者模式包含如下角色：

builder（抽象接口）: 为创建一个产品对象的各个部件指定抽象接口。

ConcreteBuilder（抽象接口的具体实现）: 实现Builder的接口以构造和装配该产品的各个部件，定义并明确它所创建的表示，并提供一个检索产品的接口。

Director（接口的构造者和使用者）: 构造一个使用Builder接口的对象。

Product（被构造的复杂对象）: ConcreteBuilder创建该产品的内部表示并定义它的装配过程，包含定义组成部件的类，包括将这些部件装配成最终产品的接口。

建造者模式（Builder）的应用实例

建造者模式中有原型写法和链式写法。

原型写法：

实体User类(Product)

public class User 
    String id;
    String name;
    String password;
    String phone;
    //set/get方法
    @Override
    public String toString() 
        return "User" +
                "id='" + id + '\\'' +
                ", name='" + name + '\\'' +
                ", password='" + password + '\\'' +
                ", phone='" + phone + '\\'' +
                '';
    

抽象建造者/建造者接口(Builder)

public interface Build 
    void makeId(String val);
    void makeName(String val);
    void makePassword(String val);
    void makePhone(String val);
    User makeUser();

具体建造者(BuilderImpl)

public class AdminBuilder implements Build
    User user=new User();
    @Override
    public User makeUser()
        return user;
    
    @Override
    public void makeId(String val) 
        user.setId(val);
    
    @Override
    public void makeName(String val) 
        user.setName(val);
    
    @Override
    public void makePassword(String val) 
        user.setPassword(val);
    
    @Override
    public void makePhone(String val) 
        user.setPhone(val);
    

Admin指导建造者创建User(Director)

public class Admin 
    private AdminBuilder adminBuilder;

    public void setAdminBuilder(AdminBuilder adminBuilder) 
        this.adminBuilder = adminBuilder;
    
    public User makeUser(String id,String name,String password,String phone)
        adminBuilder.makeId(id);
        adminBuilder.makeName(name);
        adminBuilder.makePassword(password);
        adminBuilder.makePhone(phone);
        return this.adminBuilder.makeUser();
    

具体main类

public static void main(String[] args)
    // new具体建造者
    AdminBuilder adminBuilder=new AdminBuilder();
    Admin admin=new Admin();// new出Admin指导建造者
    admin.setAdminBuilder(adminBuilder);// 准备开始建造(不写会报空指针)
    // 根据Admin的建造方法创建User
    User user=admin.makeUser("1","张三","123456","88888888");
    System.out.println(user.toString());

链式写法（推荐）：

链式写法是在原型写法的基础上做优化，有些时候Builder的创建部分有默认值，或者不需要的情况下，而产生不同的Product，通过以上方式，就需要修改Director类和Builder类，再或者根据不同的创建顺序，生成不同的结果，也需要修改Director类。Director似乎显得很不稳定和多余。可以通过Builder自身的调用逻辑来生成Product，即链式调用

public class User 
    String id;
    String name;
    String password;
    String phone;

    private User(Builder builder) 
        id = builder.id;
        name = builder.name;
        password = builder.password;
        phone = builder.phone;
    

    public String getId() 
        return id;
    

    public String getName() 
        return name;
    

    public String getPassword() 
        return password;
    

    public String getPhone() 
        return phone;
    

    @Override
    public String toString() 
        return "User" +
                "id='" + id + '\\'' +
                ", name='" + name + '\\'' +
                ", password='" + password + '\\'' +
                ", phone='" + phone + '\\'' +
                '';
    

    public static final class Builder 
        private String id;
        private String name;
        private String password;
        private String phone;

        public Builder() 
        

        public Builder id(String val) 
            id = val;
            return this;
        

        public Builder name(String val) 
            name = val;
            return this;
        

        public Builder password(String val) 
            password = val;
            return this;
        

        public Builder phone(String val) 
            phone = val;
            return this;
        

        public User build() 
            return new User(this);
        
    

测试类

public class Test 
    public static void main(String[] args) 
        User user=new User.Builder().id("1").name("张三").password("123456")
                                     .phone("15820638007").build();
        System.out.println(user.toString());
    

使用了内部类的方式，将原来自己的类方法变成私有的，而后提供一个静态的内部类来创建对象，通过返回this对象来链式调用。

重点(相比于普通JavaBean的好处)：

在建造者模式中,提供一个辅助的静态建造器Builder(静态内部类),可以在里面set实体类的属性,与JavaBean不同的是,建造者是先set,在通过build实例化实体类,这样既可以提高代码的阅读性,也可以防止对象没有实例化,就被调用;不会造成不一致性,同时解决了Javabean模式的线程安全问题。

总结：Director角色并非多余，能把复杂的Product创建过程对外隐藏，使Builder部件和创建过程分离，各方易于扩展，降低了耦合度。当需要对一个对象设置很多属性，此时就能方便的使用链式调用来提高编码速度和代码可读性。