[ 设计模式 ] 彻底搞懂建造者模式（生成器模式） —— 透彻理解

Posted 2022-11-29 削尖的螺丝刀

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[ 设计模式 ] 彻底搞懂建造者模式（生成器模式） —— 透彻理解相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

相信很多人搜索 “建造者模式” 的时候和我一样，首先映入眼帘的就是下面这张UML图（除了属性的区别，结构完全一样）：

[ 画外音： “不了解UML类图的话，欢迎移步 —— UML类图介绍 ——程序员（灵魂画手）必备画图技能之一” 😏 ]

[大家好，我是建造者模式图]

看完这张图后再来一个对Builder的实现类，然后再Director完成构造，再到末尾附上几句雷同的解释，让你有种似懂非懂，飘飘欲仙的感觉（此处可省略1w字）~

好了，如果觉得没飘够的同学可以继续飘一会，反之请忘掉上面的一切吧(包括那张UML图)，跟随笔者迅雷不及掩耳盗铃般的脚步，深入探索如何真正成为一名合格的 “建造者” ！

关于建造者模式（当然也有人叫它构建者模式、创建者模式、Builder模式、生成器模式…Anyway）你要记住的关键的也是第一的要素就是（个人提炼，如有雷同纯属巧合）：

把一个对象原本看似复杂繁琐的 [构造过程] 变得更加简单、清晰、明了

当然，设计模式的好处肯定不止一两个，建造者也不会例外。但是笔者认为建造者最重要的体现就是我上面说的这句话，你也可以理解为让构造的语义更加简单明了。那么其他就都是根据不同需求场景下，体现出来边边角角的好处了。前提，首先你记住上面这句话，然后思考这个问题 —— 假如让你设计一个完美的机器人"类"，包含head、body、hands、legs、size洗个属性，你会怎么设计 ?（请面壁十秒后再来看下文）

相信你已经有了自己的答案，没错，一个可供人使用的完美的机器人"类"应该是可以配置的，是不是应该有默认值，和非默认值的必填选项？ (可以类比第三方工具的配置类)，具体代码如下

public class Robot 
    private static final int DEFAULT_HANDS = 2;
    private static final int DEFAULT_LEGS = 2;
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;

    // 假设大脑必须根据个人要求设定（必填）
    private String head;
    // 假设身体必须根据个人要求设定（必填）
    private String body;
    private int hands = DEFAULT_HANDS;
    private int legs = DEFAULT_LEGS;
    private int size = DEFAULT_SIZE;

    public Robot(String head, String body, Integer hands, Integer legs, Integer size) 
        if (StringUtils.isBlank(head)) 
            throw new IllegalArgumentException("WTF , don't you have head ?");
        
        this.head = head;

        if (StringUtils.isBlank(body)) 
            throw new IllegalArgumentException("WTF , don't you have body ?");
        
        this.body = body;

        if(null !=hands) 
            if (hands <= 0) 
                throw new IllegalArgumentException("Come on , you need hands to work !");
            
            this.head = head;
        


        if(null !=legs) 
            if (legs <= 0) 
                throw new IllegalArgumentException("Come on , you need legs to walk !");
            
            this.legs = legs;
        

        if(null !=size) 
            if (size <= 0) 
                throw new IllegalArgumentException("Come on , you need to be exist !");
            
            this.size = size;
        

    


    // getter方法省略...

好上面这个Robot让你new出来的画风是不是这样的？

Robot robot = new Robot("bigHead","bigBody",null,null,null);

这还只有6个构造参数还好，那么如果有16个、60个、100个、10086个呢？代码可读性是否就降低了？而且可能一不小心就弄错了构造参数的顺序？就算你乍一眼能看出来这些参数的意思，你让熟悉代码的新员工咋办？玩锤子？作为一名负责的程序猿是否得对新猿友好？

品了半天，你可能想到了全部改为Setter，嗯….兄嘚果然天资聪颖，是稍微好看点了（setter细节就不改了，大体构造就变会成如下）

Robot robot = new Robot("bigHead","bigBody");
robot.setHands();
robot.setLegs();
robot.setSize();
...

但是稍微加大点难度，上面的设计思路就不满足了：

参数冗长： 必填属性多，任然会导致构造参数变长
安全问题： 假设我们要求一个robot在构造完后就不能再对其做改动了（否则视为不安全的异常操作）
依赖问题： 假设我们要求hands被改变了那legs也必须被改变，或者hands/legs必须小于size等特殊校验需求，那代码又会近一步变的凌乱

兄嘚我就问你怎么办？？？

这时候，建造者模式的各个闪光点就充分体现出来了：

所有Setter方法放入一个Builder内部类中（robot没有暴露Setter方法，外部自然无法改变）
把robot的构造方法改为私有的（这样robot就 只有Bulder能够构造 了）
Bulder中自然会调用robot的构造方法，把所有 特殊且必要的校验 在Robot构造方法被调用之前 统一完成

对应的 [ 类图 ] 设计如下：

对应的改造代码如下：

public class Robot 
    // 默认值
    private static final int DEFAULT_HANDS = 2;
    private static final int DEFAULT_LEGS = 2;
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;

    // Robot的属性
    private String head;
    private String body;
    private int hands = DEFAULT_HANDS;
    private int legs = DEFAULT_LEGS;
    private int size = DEFAULT_SIZE;

    // 注意：Robot的构造是私有的，且是通过传入Builder来构造
    // 你无法在外面对已构造好的Robot做出任何改变
    private Robot(Builder builder) 
        this.head = builder.head;
        this.body = builder.body;
        this.hands = builder.hands;
        this.legs = builder.legs;
        this.size = builder.size;
    
    // 省略Getter方法...
    
 public static class Builder 
    private static final int DEFAULT_HANDS = 2;
    private static final int DEFAULT_LEGS = 2;
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;
    private String head;
    private String body;
    private int hands = DEFAULT_HANDS;
    private int legs = DEFAULT_LEGS;
    private int size = DEFAULT_SIZE;
    // Robot在此构建,在构建之前完成所有必须的 "特殊校验"
    public Robot build() 
        if (StringUtils.isBlank(head)) 
            throw new IllegalArgumentException("WTF , don't you have head ?");
        
        if (StringUtils.isBlank(body)) 
            throw new IllegalArgumentException("WTF , don't you have body ?");
        
        if (hands != DEFAULT_HANDS && legs == DEFAULT_LEGS) 
            throw new IllegalArgumentException("Bro, you should update your legs");
        
        if (hands == DEFAULT_HANDS && legs != DEFAULT_LEGS) 
            throw new IllegalArgumentException("Bro, you should update your hands");
        
        return new Robot(this);
    

    // 可以看到每个setter方法返回的都是Builder本身
    public Builder setHead(String head) 
        if (StringUtils.isBlank(head)) 
            throw new IllegalArgumentException("WTF , don't you have head ?");
        
        this.head = head;
        return this;
    
    public Builder setBody(String body) 
        if (StringUtils.isBlank(body)) 
            throw new IllegalArgumentException("WTF , don't you have body ?");
        
        this.body = body;
        return this;
    
    public Builder setHands(Integer hands) 
        if (null != hands) 
            if (hands <= 0) 
                throw new IllegalArgumentException("Come on , you need hands to work !");
            
            this.head = head;
        
        return this;
    
    public Builder setLegs(Integer legs) 
        if (null != legs) 
            if (legs <= 0) 
                throw new IllegalArgumentException("Come on , you need legs to walk !");
            
            this.legs = legs;
        
        return this;
    
    public Builder setSize(Integer size) 
        if (null != size) 
            if (size <= 0) 
                throw new IllegalArgumentException("Come on , you need to be exist !");
            
            this.size = size;
        
        return this;

这样一来，一个构造条理清晰，且一旦构造完成，则外部无法改变的超级Robot就此诞生！！

  Robot robot = new Robot.Builder()
                .setHead("superHead")
                .setBody("superBody")
                .setHands(999)
                .setLegs(999)
                .setSize(10086)
                .build();

至此，一个《建造者模式》被完美演绎完毕！其实除了建造者除了上述的边角闪光点，还有另一个闪光点就是能避免对象的无效存在，什么是无效存在呢？比如一个“矩形”对象，你是不是必须设置完长、宽才能算有效？不然你单独设置一个长你就当矩形用？那建造者模式就完美解决了这个问题，因为被此模式建造出来的对象一定是完整可用的。

【小结】

想必你已经摸清建造者模式的大致轮廓了，接下来依然离不开谈到建造者模式必然和工厂模式对比，那个老生常谈的问题了！这里必须套娃引用某位网友对此的看法

—— “ 顾客走进一家餐馆点餐，我们利用工厂模式，根据用户不同的选择，来制作不同的食物，比如披萨、汉堡、沙拉。对于披萨来说，用户又有各种配料可以定制，比如奶酪、西红柿、起司，我们通过建造者模式根据用户选择的不同配料来制作披萨。 ”

上面的故事应该很容易理解：

其实不管是 工厂模式 还是 抽象工厂模式 ，本质上都是站在类的层面，对各种类进行创建。
而 建造者模式, 关注的是 类本身 的创建，所以区别还是很明显的（其实和模板模式也有点像，都是设计好一个清晰的车骨架，然后让你在骨架里造轮子和其他部件。只不过模板模式是 行为型 模式，属于方法的运作，而建造者是 创建型 模式，属于对象的构建）。

上面大体已经应该把建造者模式说清楚了，年轻人，如果你觉得已经可以了，那就放心大胆的出去闯吧！建造你自己的世界！！

但是你如果意犹未尽，执意要做最强的建造者，那我这里还有一本《RabbitMQ的建造者模式》演绎法，你品品和我上面的例子有什么不同？请带着最开头我说的那句话 —— 让构造的语义更加简单明了 来欣赏下文：

如果你使用过或者见过RabbitMQ的配置类，那么你应该可以看到大致如下的代码：

return BindingBuilder.bind(queue).to(exchange);

 return BindingBuilder.bind(queue).to(exchange).with(routingKey);

兄弟，惊讶吗？这语义是有多明显？？？稍微有点小学英语文化水平的也懂这个to、with的意思吧？这还用去看底层源码？隔壁新猿小王是不是直接就可以上手？

如果你看过BindingBuilder内的代码逻辑，就会发现，其实这两段绑定代码也可以写成这样，依然有效。

return new Binding(queue.getName(),Binding.DestinationType.QUEUE,exchange.getName(),"",null);

return new Binding(queue.getName(),Binding.DestinationType.QUEUE,exchange.getName(),routingKey,null);

但是，这样又回到了最开始的问题，你让隔壁新猿小王玩锤子？？玩锤子呢？！

总之，四不像和独角兽，你选一个，还是最初我说道的那句话 —— 让构造的语义更加简单明了，你品你细品。

最后，如果你点进BindingBuilder的代码看，会发现他每层的setter返回的并不是BindingBuilder本身，而是一个叫…哎光说不练假把式，talk is cheap 为了不被怼有烂尾的嫌疑，我还是 show you the code 把

首先看 BindingBuilder.bind() 方法

public static DestinationConfigurer bind(Queue queue) 
		return new DestinationConfigurer(queue.getName(), DestinationType.QUEUE);

你可以看到他们无一例外都返回了一个DestinationConfigurer

接下来看 BindingBuilder.bind().to() 方法

public static final class DestinationConfigurer 

		protected final String name; // NOSONAR

		protected final DestinationType type; // NOSONAR

		DestinationConfigurer(String name, DestinationType type) 
			this.name = name;
			this.type = type;
		

        // 看到没，这下面足足有5个to方法来应对各种交换机
		public Binding to(FanoutExchange exchange) 
			return new Binding(this.name, this.type, exchange.getName(), "", 
                               new HashMap<String, Object>());
		

		public HeadersExchangeMapConfigurer to(HeadersExchange exchange) 
			return new HeadersExchangeMapConfigurer(this, exchange);
		

    	// 这个是我下面要举例的方法哦
		public DirectExchangeRoutingKeyConfigurer to(DirectExchange exchange) 
			return new DirectExchangeRoutingKeyConfigurer(this, exchange);
		

		public TopicExchangeRoutingKeyConfigurer to(TopicExchange exchange) 
			return new TopicExchangeRoutingKeyConfigurer(this, exchange);
		

		public GenericExchangeRoutingKeyConfigurer to(Exchange exchange) 
			return new GenericExchangeRoutingKeyConfigurer(this, exchange);

如果你了解RabbitMQ的话，你应该知道Fanout模式是不需要指定routingKey的，所以你可以看到Fanout交换机直接执行最终的建造方法 —— 也就是 Binding（） 方法

但是你也能看到在之后需要with方法的to都返回了另一个对象，其实这对象都是继承自AbstractRoutingKeyConfigurer的子类，这里就拿DirectExchangeRoutingKeyConfigurer举例把

首先看 AbstractRoutingKeyConfigurer

	private abstract static class AbstractRoutingKeyConfigurer 

		protected final DestinationConfigurer destination; // NOSONAR

		protected final String exchange; // NOSONAR

		AbstractRoutingKeyConfigurer(DestinationConfigurer destination, String exchange) 
			this.destination = destination;
			this.exchange = exchange;

然后看DirectExchangeRoutingKeyConfigurer

public static final class DirectExchangeRoutingKeyConfigurer extends AbstractRoutingKeyConfigurer 

		DirectExchangeRoutingKeyConfigurer(DestinationConfigurer destination, 
                                           DirectExchange exchange) 
            // 这里调用父类构造就是赋值而已
			super(destination, exchange.getName());
		

   		// 可以看到下面有三个with方法来完成对routingKey的绑定，以及最终的建造Binding()方法
		public Binding with(String routingKey) 
			return new Binding(destination.name, destination.type, exchange, routingKey,
					Collections.<String, Object>emptyMap());
		

		public Binding with(Enum<?> routingKeyEnum) 
			return new Binding(destination.name, destination.type, exchange, r
                               outingKeyEnum.toString(),
					Collections.<String, Object>emptyMap());
		

		public Binding withQueueName() 
			return new Binding(destination.name, destination.type, exchange, 
                               destination.name,
					Collections.<String, Object>emptyMap());

至此你已经看到了整个绑定关系的构建流程，无一例外最终都会指向那个对象的构造方法（这一点和我上面的例子一样，也是建造者模式必然的宿命），下面我们来看看这个最终的构造方法 —— Binding（）

public class Binding extends AbstractDeclarable 

	/**
	 * The binding destination.
	 */
	public enum DestinationType 

		/**
		 * Queue destination.
		 */
		QUEUE,

		/**
		 * Exchange destination.
		 */
		EXCHANGE;
	

	private final String destination;

	private final String exchange;

	private final String routingKey;

	private final DestinationType destinationType;

    // 构造方法在这里
	public Binding(String destination, DestinationType destinationType, String exchange, 
                   String routingKey, @Nullable Map<String, Object> arguments) 
        
		super(arguments);
		this.destination = destination;
		this.destinationType = destinationType;
		this.exchange = exchange;
		this.routingKey = routingKey;
	

	public String getDestination() 
		return this.destination[ 设计模式 ] 彻底搞懂建造者模式 —— 全网最透彻理解
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但是稍微加大点难度，上面的设计思路就不满足了：

兄嘚我就问你怎么办？？？

这时候，建造者模式的各个闪光点就充分体现出来了：

【 小结 】

【小结】