设计模式(五)：创建型之建造者模式

设计模式系列文章

设计模式(一)：创建型之单例模式

设计模式(二、三)：创建型之工厂方法和抽象工厂模式

设计模式(四)：创建型之原型模式

设计模式(五)：创建型之建造者模式

设计模式(六)：结构型之代理模式

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一、设计模式分类

• 创建型模式
  • 用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”
  • 提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者 5 种创建型模式
• 结构型模式
  • 用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构
  • 提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合 7 种结构型模式
• 行为型模式
  • 用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法单独完成的任务，以及怎样分配职责
  • 提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器 11 种行为型模式

二、建造者模式

1、概述

• 将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示

• 分离了部件的构造(由Builder来负责)和装配(由Director负责)
• 建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象
• 用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节
• 这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况

2、结构

建造者（Builder）模式包含如下角色：

• 抽象建造者类（Builder）：这个接口规定要实现复杂对象的那些部分的创建，并不涉及具体的部件对象的创建
• 具体建造者类（ConcreteBuilder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。在构造过程完成后，提供产品的实例
• 产品类（Product）：要创建的复杂对象
• 指挥者类（Director）：调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建

类图如下：

3、实例

• 生产自行车是一个复杂的过程，它包含了车架，车座等组件的生产
  • 车架又有碳纤维，铝合金等材质的
  • 车座有橡胶，真皮等材质
• 对于自行车的生产就可以使用建造者模式

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• Bike是产品，包含车架，车座等组件
• Builder是抽象建造者
• MobikeBuilder和OfoBuilder是具体的建造者
• Director是指挥者

类图如下：

具体的代码如下：

//自行车类
@Data
public class Bike {

    private String frame;//车架

    private String seat;//车座
}

// 抽象 builder 类
public abstract class Builder {
    //声明Bike类型的变量，并进行赋值
    protected Bike bike = new Bike();

    public abstract void buildFrame();

    public abstract void buildSeat();

    //构建自行车的方法
    public abstract Bike createBike();
}

//摩拜单车Builder类
public class MobileBuilder extends Builder {
    public void buildFrame() {
        bike.setFrame("碳纤维车架");
    }

    public void buildSeat() {
        bike.setSeat("真皮车座");
    }

    public Bike createBike() {
        return bike;
    }
}

//ofo单车Builder类
public class OfoBuilder extends Builder {

    @Override
    public void buildFrame() {
        mBike.setFrame("碳纤维车架");
    }

    @Override
    public void buildSeat() {
        mBike.setSeat("橡胶车座");
    }

    @Override
    public Bike createBike() {
        return mBike;
    }
}

//指挥者类
public class Director {
    //声明builder类型的变量
    private Builder builder;

    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    //组装自行车的功能
    public Bike construct() {
        builder.buildFrame();
        builder.buildSeat();
        return builder.createBike();
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        showBike(new OfoBuilder());
        showBike(new MobikeBuilder());
    }
    private static void showBike(Builder builder) {
        Director director = new Director(builder);
        Bike bike = director.construct();
        System.out.println(bike.getFrame());
        System.out.println(bike.getSeat());
    }
}

注意：

• 上面示例是 Builder模式的常规用法
• 指挥者类 Director 在建造者模式中具有很重要的作用
  • 它用于指导具体构建者如何构建产品
  • 控制调用先后次序
  • 并向调用者返回完整的产品类
• 但是有些情况下需要简化系统结构，可以把指挥者类和抽象建造者进行结合

// 抽象 builder 类
public abstract class Builder {

    protected Bike mBike = new Bike();

    public abstract void buildFrame();
    public abstract void buildSeat();
    public abstract Bike createBike();
    
    public Bike construct() {
        this.buildFrame();
        this.BuildSeat();
        return this.createBike();
    }
}

4、优缺点

优点

• 在建造者模式中，客户端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
• 将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中
• 建造者模式很容易进行扩展。如果有新的需求，通过实现一个新的建造者类就可以完成，符合开闭原则

缺点

• 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

5、模式扩展

• 在开发中还有一个常用的使用方式，就是当一个类构造器需要传入很多参数时
• 如果创建这个类的实例，代码可读性会非常差
• 而且很容易引入错误，此时就可以利用建造者模式进行重构

重构前代码如下：

@Data
@AllArgsConstructor
public class Phone {
    private String cpu;
    private String screen;
    private String memory;
    private String mainboard;
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //构建Phone对象
        Phone phone = new Phone("intel","三星屏幕","金士顿","华硕");
        System.out.println(phone);
    }
}

重构后代码：

public class Phone {

    private String cpu;
    private String screen;
    private String memory;
    private String mainboard;

    //私有构造方法
    private Phone(Builder builder) {
        this.cpu = builder.cpu;
        this.screen = builder.screen;
        this.memory = builder.memory;
        this.mainboard = builder.mainboard;
    }

    public static final class Builder {
        private String cpu;
        private String screen;
        private String memory;
        private String mainboard;

        public Builder cpu(String cpu) {
            this.cpu = cpu;
            return this;
        }

        public Builder screen(String screen) {
            this.screen = screen;
            return this;
        }
        public Builder memory(String memory) {
            this.memory = memory;
            return this;
        }
        public Builder mainboard(String mainboard) {
            this.mainboard = mainboard;
            return this;
        }

        //使用构建者创建Phone对象
        public Phone build() {
            return new Phone(this);
        }
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建手机对象   通过构建者对象获取手机对象
        Phone phone = new Phone.Builder()
                .cpu("intel")
                .screen("三星屏幕")
                .memory("金士顿内存条")
                .mainboard("华硕主板")
                .build();

        System.out.println(phone);
    }
}

重构后的代码在使用起来更方便，某种程度上也可以提高开发效率