设计模式之建造者模式(通俗易懂--代码辅助理解【Java版】）

设计模式概述

创建型模式：工厂方法、抽象方法、建造者、原型、单例。
结构型模式有：适配器、桥接、组合、装饰器、外观、享元、代理。
行为型模式有：责任链、命令、解释器、迭代器、中介、备忘录、观察者、状态、策略、模板方法、访问者。
常用设计模式：
单例模式、工厂模式、代理模式、策略模式&模板模式、门面模式、责任链模式、装饰器模式、组合模式、builder模式。

1、建造者模式

• 建造者模式是一种创建型设计模式，它允许你创建复杂对象的步骤与表示方式相分离，从而可以创建具有不同表示形式的对象。
• 旨在通过逐步构造复杂对象的各个部分来简化对象的创建。
• 它与工厂模式的不同之处在于，建造者模式更注重将一个复杂对象的构造过程进行拆解，并且可以根据需求一步步定制地构建。

2、建造者模式使用场景

• 构造函数包含多个参数或嵌套对象且顺序不固定的对象创建：例如，像 Pizza 这样可以自定义不同配料的场景，建造者模式可以让我们有选择性地添加不同的部分，而不需要冗长的构造函数。
• 需要可读性强的对象创建代码：对于那些复杂对象，建造者模式可以让代码更加清晰。
• 对象的不可变性（Immutable Object）：通过建造者模式，我们可以有效创建不可变对象（对象一旦创建就不可更改），这有助于避免线程安全问题。

3、优点

• 灵活性高：可以根据不同需求构建不同的对象版本。
• 代码清晰：由于建造者模式将对象的创建与表示分开，构建过程变得更加可读和维护。
• 避免了构造函数过载：当构造函数包含过多参数时，使用建造者模式可以避免参数爆炸问题。

4、缺点

• 可能增加代码复杂度：在某些场景下，如果对象并不复杂，使用建造者模式可能导致不必要的代码冗余。
• 需要额外的Builder类：每个复杂对象都需要有一个对应的Builder类，可能会增加代码量。

5、主要角色

建造者模式包含以下几个主要角色：

• 产品（Product）：要构建的复杂对象。产品类通常包含多个部分或属性。
• 抽象建造者（Builder）：定义了构建产品的抽象接口，包括构建产品的各个部分的方法。
• 具体建造者（Concrete Builder）：实现抽象建造者接口，具体确定如何构建产品的各个部分，并负责返回最终构建的产品。
• 指导者（Director）：负责调用建造者的方法来构建产品，指导者并不了解具体的构建过程，只关心产品的构建顺序和方式。

6、代码示例：

1）实现要求

• 我们假设一个快餐店的商业案例，其中，一个典型的套餐可以是一个汉堡（Burger）和一杯冷饮（Cold drink）。汉堡（Burger）可以是素食汉堡（Veg Burger）或鸡肉汉堡（Chicken Burger），它们是包在纸盒中。冷饮（Cold drink）可以是可口可乐（coke）或百事可乐（pepsi），它们是装在瓶子中。

• 我们将创建一个表示食物条目（比如汉堡和冷饮）的 Item 接口和实现 Item 接口的实体类，以及一个表示食物包装的 Packing 接口和实现 Packing 接口的实体类，汉堡是包在纸盒中，冷饮是装在瓶子中。

• 然后我们创建一个 Meal 类，带有 Item 的 ArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder。BuilderPatternDemo 类使用 MealBuilder 来创建一个 Meal。

2）UML图

3)实现步骤：

1）创建一个表示食物条目和食物包装的接口

// Item.java
public interface Item {
   public String name();
   public Packing packing();
   public float price();    
}

//  Packing.java
public interface Packing {
   public String pack();
}

2）创建实现Packing接口的实体类

//  袋装   Wrapper.java
public class Wrapper implements Packing {
   @Override
   public String pack() {
      return "Wrapper";
   }
}

// 瓶装  Bottle.java
public class Bottle implements Packing {
   @Override
   public String pack() {
      return "Bottle";
   }
}

3）创建实现 Item 接口的抽象类，该类提供了默认的功能

public abstract class Burger implements Item {
 
   @Override
   public Packing packing() {
      return new Wrapper();
   }
 
   @Override
   public abstract float price();
}

public abstract class ColdDrink implements Item {
 
    @Override
    public Packing packing() {
       return new Bottle();
    }
 
    @Override
    public abstract float price();
}

4）创建扩展了 Burger 和 ColdDrink 的实体类

public class VegBurger extends Burger {
 
   @Override
   public float price() {
      return 25.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Veg Burger";
   }
}

public class ChickenBurger extends Burger {
 
   @Override
   public float price() {
      return 50.5f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Chicken Burger";
   }
}

// Coke 类继承 ColdDrink
public class Coke extends ColdDrink {
 
   @Override
   public float price() {
      return 30.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Coke";
   }
}

// Pepsi 类继承 ColdDrink
public class Pepsi extends ColdDrink {
 
   @Override
   public float price() {
      return 35.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Pepsi";
   }
}

5）创建一个Meal类，带有上面定义的Item对象

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Meal {
   private List<Item> items = new ArrayList<Item>();    
 
   public void addItem(Item item){
      items.add(item);
   }
 
   public float getCost(){
      float cost = 0.0f;
      for (Item item : items) {
         cost += item.price();
      }        
      return cost;
   }
 
   public void showItems(){
      for (Item item : items) {
         System.out.print("Item : "+item.name());
         System.out.print(", Packing : "+item.packing().pack());
         System.out.println(", Price : "+item.price());
      }        
   }    
}

6）创建一个MealBuilder类，实际的builder类负责创建Meal对象

public class MealBuilder {
 
   public Meal prepareVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new VegBurger());
      meal.addItem(new Coke());
      return meal;
   }   
 
   public Meal prepareNonVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new ChickenBurger());
      meal.addItem(new Pepsi());
      return meal;
   }
}

7）BuilderPatternDemo使用MealBuilder来演示建造者模式(Builder Pattern)

public class BuilderPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      MealBuilder mealBuilder = new MealBuilder();
 
      Meal vegMeal = mealBuilder.prepareVegMeal();
      System.out.println("Veg Meal");
      vegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +vegMeal.getCost());
 
      Meal nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal();
      System.out.println("\n\nNon-Veg Meal");
      nonVegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +nonVegMeal.getCost());
   }
}

8）执行程序，输出结果：

Veg Meal
Item : Veg Burger, Packing : Wrapper, Price : 25.0
Item : Coke, Packing : Bottle, Price : 30.0
Total Cost: 55.0


Non-Veg Meal
Item : Chicken Burger, Packing : Wrapper, Price : 50.5
Item : Pepsi, Packing : Bottle, Price : 35.0
Total Cost: 85.5

7、总结

建造者模式提供了一种优雅的方式来创建复杂的对象，特别适合在需要精细控制对象构建过程的场景下使用。通过分离构建过程和对象本身，它可以使代码更加简洁、可读，且易于维护。尽管它有时会增加代码的复杂度，但在应对复杂对象创建时，这种模式非常值得推荐。