java学习之设计模式-建造者模式

建造者模式

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)。 从而可以构造出复杂的对 象。这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况。
• 由于实现了构建和装配的解耦。不同的构建器，相同的装配，也可以做出不同的对象；相同的构建器，不同的装配顺序也可以做出不同的对象。也就是实现了构建算法、装配算法的解耦，实现了更 好的复用。
• 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。

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：

实例

创建共享单车
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。而车架又有碳纤维，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。这里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：

具体代码如下：

//自行车类
public class Bike {
private String frame;
private String seat;
public String getFrame() {
return frame;
}
public void setFrame(String frame) {
this.frame = frame;
}
public String getSeat() {
return seat;
}
public void setSeat(String seat) {
this.seat = seat;
}
}
// 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();
}
//摩拜单车Builder类
public class MobikeBuilder extends Builder {
@Override
public void buildFrame() {
mBike.setFrame("铝合金车架");
}
@Override
public void buildSeat() {
mBike.setSeat("真皮车座");
}
@Override
public Bike createBike() {
return mBike;
}
}
//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 {
private Builder mBuilder;
public Director(Builder builder) {
mBuilder = builder;
}
public Bike construct() {
mBuilder.buildFrame();
mBuilder.buildSeat();
return mBuilder.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();
}
}

说明：
这样做确实简化了系统结构，但同时也加重了抽象建造者类的职责，也不是太符合单一职责原则，如果
construct() 过于复杂，建议还是封装到 Director 中。

优缺点

优点：

• 建造者模式的封装性很好。使用建造者模式可以有效的封装变化，在使用建造者模式的场景中，一 般产品类和建造者类是比较稳定的，因此，将主要的业务逻辑封装在指挥者类中对整体而言可以取 得比较好的稳定性。
• 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。
• 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。
• 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，基本上不
  用修改之前已经测试通过的代码，因此也就不会对原有功能引入风险。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。

使用场景

建造者（Builder）模式创建的是复杂对象，其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一起的算法却相对稳定，所以它通常在以下场合使用。

• 创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
• 创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表 示是独立的。

模式扩展

建造者模式除了上面的用途外，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：

public class Phone {
private String cpu;
private String screen;
private String memory;
private String mainboard;
public Phone(String cpu, String screen, String memory, String
mainboard) {
this.cpu = cpu;
this.screen = screen;
this.memory = memory;
this.mainboard = mainboard;
}
public String getCpu() {
return cpu;
}
public void setCpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
}
public String getScreen() {
return screen;
}
public void setScreen(String screen) {
this.screen = screen;
}
public String getMemory() {
return memory;
}
public void setMemory(String memory) {
this.memory = memory;
}
public String getMainboard() {
return mainboard;
}
public void setMainboard(String mainboard) {
this.mainboard = mainboard;
}
@Override
public String toString() {
return "Phone{" +
"cpu='" + cpu + '\'' +
", screen='" + screen + '\'' +
", memory='" + memory + '\'' +
", mainboard='" + 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);
}
}

上面在客户端代码中构建Phone对象，传递了四个参数，如果参数更多呢？代码的可读性及使用的成本就是比较高。
重构后代码：

public class Phone {
private String cpu;
private String screen;
private String memory;
private String mainboard;
private Phone(Builder builder) {
cpu = builder.cpu;
screen = builder.screen;
memory = builder.memory;
mainboard = builder.mainboard;
}
public static final class Builder {
private String cpu;
private String screen;
private String memory;
private String mainboard;
public Builder() {}
public Builder cpu(String val) {
cpu = val;
return this;
}
public Builder screen(String val) {
screen = val;
return this;
public Builder memory(String val) {
memory = val;
return this;
}
public Builder mainboard(String val) {
mainboard = val;
return this;
}
public Phone build() {
return new Phone(this);}
}
@Override
public String toString() {
return "Phone{" +
"cpu='" + cpu + '\'' +
", screen='" + screen + '\'' +
", memory='" + memory + '\'' +
", mainboard='" + mainboard + '\'' +
'}';
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Phone phone = new Phone.Builder()
.cpu("intel")
.mainboard("华硕")
.memory("金士顿")
.screen("三星")
.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。从软件设计上，对程序员的要求比较高。