04 设计模式之生成器模式

Posted 2022-08-04 陈皮的JavaLib

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1 背景

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我们知道，构建一辆汽车是极其复杂，部件繁多的。假设我们现在需要构建一辆汽车，为方便演示，我们假设构建一辆汽车只需要发动机，车轮，方向盘。那如何去构建一辆汽车呢？假设构建一辆车的顺序为安装发动机，安装车轮，安装方向盘。

首先，需要定义三个部件（发动机，车轮，方向盘），将它们定义为单独的类。

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 发动机
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class Engine 

  // 品牌
  private String brand;

  public Engine(String brand) 
    this.brand = brand;
  

  public String getBrand() 
    return brand;
  

  public void setBrand(String brand) 
    this.brand = brand;
  

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 车轮
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class Wheel 

  // 车轮类型
  private String type;

  public Wheel(String type) 
    this.type = type;
  

  public String getType() 
    return type;
  

  public void setType(String type) 
    this.type = type;
  

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 方向盘
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class SteeringWheel 

  // 方向盘颜色
  private String color;

  public SteeringWheel(String color) 
    this.color = color;
  

  public String getColor() 
    return color;
  

  public void setColor(String color) 
    this.color = color;
  

然后定义汽车类，并且由以上三种部件组成。

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 汽车
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class Car 

  // 发动机
  private Engine engine;
  // 方向盘
  private SteeringWheel steeringWheel;
  // 车轮
  private Wheel wheel;

  public Car(Engine engine, SteeringWheel steeringWheel, Wheel wheel) 
    this.engine = engine;
    this.steeringWheel = steeringWheel;
    this.wheel = wheel;
  

  // 省略 getter / setter 方法

最后客户端负责生产各个汽车组件，并组装构建一辆汽车。

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 客户端
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiClient 

  public static void main(String[] args) 
    Engine engine = new Engine("沃尔沃");
    Wheel wheel = new Wheel("175/70R");
    SteeringWheel steeringWheel = new SteeringWheel("Black");
    Car car = new Car(engine, steeringWheel, wheel);
    System.out.println(car);
  


// 输出结果如下
Carengine=Enginebrand='沃尔沃', steeringWheel=SteeringWheelcolor='Red', wheel=Wheeltype='175/70R'

此时，如果我们需要创建另外一种类型的汽车，那我们就需要重写客户端代码，再进行生产，组装构建一辆新汽车。

Engine engine = new Engine("蔚来");
Wheel wheel = new Wheel("255/55 R19");
SteeringWheel steeringWheel = new SteeringWheel("Black");
Car car = new Car(engine, steeringWheel, wheel);

你会发现客户端不仅要清楚整辆汽车的外观表示，还需要清楚汽车组件的装配细节，然后按顺序组装构建汽车对象，这对客户端的使用是不友好的，使用比较麻烦。而且这演示的只是简单的几个属性的赋值，如果对象属性比较多，构建过程复杂就更不用说了。

对于客户端来说，它不应该知道汽车内部在装配细节，它就只想要一辆完整的汽车来使用。

2 生成器模式（Builder Pattern）

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生成器模式（也叫建造者模式）是一种创建型设计模式，它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。

即有些对象的创建流程是一样的，但是创建出来的对象一些自身特性可以是不一样的，所以需要将对象的表示（外观）和对象具体的构建分开来。

生成器模式把对象的构建步骤抽象成生成器（builder），指导类（director）对所有生成步骤的先后顺序进行控制。客户端使用指导类并传入相应的生成器，通过指导类的接口便可以得到相应的对象。

• Builder：生成器接口，定义了创建一个 Product 对象所需的各个部件的操作，以及获取产品的方法。
• ConcreteBuilder：生成器接口具体实现类，实现各个部件的创建并负责组装，并返回构建好的产品对象。
• Director：指导者，使用 Builder 接口，以一个统一的过程来构建所需要的 Product 对象。
• Product：产品，被生成器构建的复杂对象，包含多个部件。

现在我们使用生成器模式改写开头的例子，我们首先需要定义一个生成器接口。

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 汽车生成器接口
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public interface CarBuilder 

  Car builder();

  void buildEngine();

  void buildWheel();

  void buildSteeringWheel();

假设我们现在需要沃尔沃的汽车，那么就定义一个沃尔沃的生成器接口实现类。

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 沃尔沃汽车生成器
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class VolvoCarBuilder implements CarBuilder 

  private Car car = new Car();

  @Override
  public Car builder() 
    return car;
  

  @Override
  public void buildEngine() 
    car.setEngine(new Engine("沃尔沃"));
  

  @Override
  public void buildWheel() 
    car.setWheel(new Wheel("175/70R"));
  

  @Override
  public void buildSteeringWheel() 
    car.setSteeringWheel(new SteeringWheel("Black"));
  

再定义汽车指导者，负责指导汽车产品的构建。

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 汽车指导者
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class CarDirector 

  private CarBuilder builder;

  public CarDirector(CarBuilder builder) 
    this.builder = builder;
  

  public void buildCar() 
    builder.buildEngine();
    builder.buildWheel();
    builder.buildSteeringWheel();
  

  public Car getCar() 
    return builder.builder();
  

最后，客户端就选择特定的生成器实现类对象，传递给指导类对象，让它生产我们需要的产品对象即可。

package com.chenpi.builder;

/**
 * @Description 客户端
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiClient 

  public static void main(String[] args) 
    CarDirector director = new CarDirector(new VolvoCarBuilder());
    director.buildCar();
    Car car = director.getCar();
    System.out.println(car);
  


// 输出结果如下
Carengine=Enginebrand='沃尔沃', steeringWheel=SteeringWheelcolor='Black', wheel=Wheeltype='175/70R'

3 生成器模式简化版

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生成器模式的主要功能是构建复杂的产品，而且是细化的、分步骤的构建产品，也就是生成器模式重在一步一步解决构造复杂对象的问题。

你是否发现上述的生成器模式会比较复杂，定义太多的接口和类等。其实实际使用中会根据情况进行调整。例如上述的生成器对象和被构建的对象是分开的，那其实客户端可以直接使用 new 被构建对象的方式来创建产品对象，这样就导致生成器模式荒废了，所以我们可以将生成器对象合并到被构建的对象中去，称为它的一个内部类。

而且我们也可以不再需要指导类，直接让客户端使用生成器对象进行构建最终产品。

假设我们现在需要一个 Mongo 客户端参数选项对象，来进行 Mongo 客户端的配置，那我们就可以定义一个客户端参选选项类，存放各种参数，并且将生成器定义为它的内部类，用来构建 Mongo 客户端参数选项对象。

实际开发中，Mongo 客户端配置参数是很多的，可达十几二十多个，为方便演示，我们只定义几个。这些参数值通过生成器来进行配置构建，并对参数合理值进行校验。

而且我们将 MongoClientOptions 类的构造方法定义为私有的，所以外部只能通过生成器来构建 MongoClientOptions 对象。

package com.chenpi.builder.mongo;

/**
 * @Description mongo客户端参数选项
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class MongoClientOptions 

  private final int maxWaitTime;
  private final int maxConnectionIdleTime;
  private final int maxConnectionLifeTime;
  private final int connectTimeout;
  private final int socketTimeout;

  private MongoClientOptions(final Builder builder) 
    maxWaitTime = builder.maxWaitTime;
    maxConnectionIdleTime = builder.maxConnectionIdleTime;
    maxConnectionLifeTime = builder.maxConnectionLifeTime;
    connectTimeout = builder.connectTimeout;
    socketTimeout = builder.socketTimeout;
  

  // 创建一个生成器对象
  public static Builder builder() 
    return new Builder();
  


  public static class Builder 

    private int maxWaitTime = 1000 * 60 * 2;
    private int maxConnectionIdleTime = 0;
    private int maxConnectionLifeTime = 0;
    private int connectTimeout = 1000 * 10;
    private int socketTimeout = 0;

    public Builder maxWaitTime(final int maxWaitTime) 
      this.maxWaitTime = maxWaitTime;
      return this;
    

    public Builder maxConnectionIdleTime(final int maxConnectionIdleTime) 
      this.maxConnectionIdleTime = maxConnectionIdleTime;
      return this;
    

    public Builder maxConnectionLifeTime(final int maxConnectionLifeTime) 
      this.maxConnectionLifeTime = maxConnectionLifeTime;
      return this;
    

    public Builder connectTimeout(final int connectTimeout) 
      if (connectTimeout < 0) 
        throw new RuntimeException("connectTimeout must be >= 0");
      
      this.connectTimeout = connectTimeout;
      return this;
    

    public Builder socketTimeout(final int socketTimeout) 
      this.socketTimeout = socketTimeout;
      return this;
    

    // 构建一个最终的mongo客户端选项对象
    public MongoClientOptions build() 
      return new MongoClientOptions(this);
    
  

接下来，我们演示如何使用生成器来构建一个 MongoClientOptions 对象。使用链式编程的方式，很简单轻松的就构建出我们需要的对象了。

package com.chenpi.builder.mongo;

/**
 * @Description
 * @Author 陈皮
 * @Date 2021/8/8
 * @Version 1.0
 */
public class ChenPiClient 

  public static void main(String[] args) 
    MongoClientOptions mongoClientOptions = MongoClientOptions.builder().connectTimeout(1000)
        .maxConnectionIdleTime(60000)
        .maxConnectionLifeTime(600000).maxWaitTime(1000).socketTimeout(5000).build();
  

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