還沒(méi)用過(guò)建造者模式？這篇文章幫你搞定
前言
我們知道，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)模式通常分為三大類(lèi)：創(chuàng)建型模式、行為型模式、結(jié)構(gòu)型模式。今天我們來(lái)聊聊創(chuàng)建型模式中的建造者模式，關(guān)于它的使用場(chǎng)景、優(yōu)缺點(diǎn)、組成部分、實(shí)戰(zhàn)實(shí)例講解以及在JDK中的運(yùn)用。
工廠模式我們已經(jīng)比較熟悉，主要用來(lái)將實(shí)例化對(duì)象提取出來(lái)，放到一個(gè)類(lèi)中統(tǒng)一維護(hù)和管理，從而達(dá)到解耦、提高項(xiàng)目的擴(kuò)展性和維護(hù)性。建造者模式的功能與工廠模式很相似，但側(cè)重點(diǎn)不同。下面我們就來(lái)詳細(xì)了解一下創(chuàng)建者模式。
建造者模式簡(jiǎn)介
創(chuàng)建者模式（Builder Pattern），也翻譯作構(gòu)建者模式，也有人通俗的稱(chēng)作生成器模式。官方定義是：將一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的表示。
用大白話解釋就是：將一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象分解為多個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象，然后一步一步構(gòu)建形成產(chǎn)品。它主要是將變化部分與不變部分相分離，即產(chǎn)品的組成部分是不變的，但每一部分是可以靈活選擇的。
就好比我們要組裝一臺(tái)電腦，需要 CPU、主板、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯卡、機(jī)箱、顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等部件，這些部件是不變的，但根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)情況和使用的場(chǎng)景不同，可選擇每部分的不同配置。
像這么一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象的構(gòu)建，往往需要多個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行完成。而且每個(gè)步驟采用的硬件配置信息可能有所不同。同時(shí)，也并不是每個(gè)電腦都需要顯示器或鼠標(biāo)的。在通過(guò)代碼演示上述場(chǎng)景之前，我們先來(lái)了解一下建造者模式通常包含的幾個(gè)角色及功能。
結(jié)構(gòu)與功能
建造者模式通常由四個(gè)角色組成：產(chǎn)品、抽象建造者、具體建造者、指揮者。
每個(gè)角色功能如下：
產(chǎn)品角色（Product）：要?jiǎng)?chuàng)建的具體產(chǎn)品對(duì)象，通常是包含多個(gè)組成部件的復(fù)雜對(duì)象。
抽象建造者（Builder）：用于創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象的接口或抽象類(lèi)，其中包含創(chuàng)建產(chǎn)品各個(gè)子部件的抽象方法和返回最終最終對(duì)象的方法。
具體建造者(Concrete Builder）：實(shí)現(xiàn)Builder接口，完成不同復(fù)雜產(chǎn)品構(gòu)建和裝配。
指揮者（Director）：構(gòu)建一個(gè)使用Builder接口的對(duì)象，完成復(fù)雜對(duì)象的創(chuàng)建。它負(fù)責(zé)控制產(chǎn)品對(duì)象的生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)隔離了用戶與對(duì)象的產(chǎn)生過(guò)程。在指揮者中不涉及具體產(chǎn)品的信息。
結(jié)構(gòu)圖如圖所示：
模式的實(shí)現(xiàn)
作為開(kāi)發(fā)人員，我們使用筆記本時(shí)，往往還會(huì)配置外置鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和外置顯示器。此時(shí)，一整套電腦裝備就包含了：筆記本電腦、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、顯示器。當(dāng)然，根據(jù)個(gè)人的需求不同，有些人不需要鼠標(biāo)，有些人不需要外置鍵盤(pán)，有些人不需要外置顯示器，這就又構(gòu)成了不同的產(chǎn)品。
先來(lái)定義產(chǎn)品類(lèi)Computer，也就是開(kāi)發(fā)電腦的整體配置：
public class Computer {
/**
* 筆記本電腦
*/
private Laptop laptop;
/**
* 鼠標(biāo)
*/
private Mouse mouse;
/**
* 顯示器
*/
private Screen screen;
/**
* 鍵盤(pán)
*/
private Keyboard keyboard;
public void show() {
System.out.println("筆記本配置：" + laptop.getName());
System.out.println("鼠標(biāo)配置：" + mouse.getName());
System.out.println("顯示器配置：" + screen.getName());
System.out.println("鍵盤(pán)配置：" + keyboard.getName());
}
// 省略getter/setter方法
}
產(chǎn)品由四個(gè)組件構(gòu)成：筆記本電腦、鼠標(biāo)、顯示器、鍵盤(pán)。
抽象建造者：包含創(chuàng)建產(chǎn)品各個(gè)子部件的抽象方法。通過(guò)接口聲明在所有類(lèi)型生成器中通用的產(chǎn)品構(gòu)造步驟。
public interface ComputerBuilder {
/**
* 構(gòu)建筆記本電腦
*/
void constructLaptop();
/**
* 構(gòu)建鼠標(biāo)
*/
void constructMouse();
/**
* 構(gòu)建屏幕
*/
void constructScreen();
/**
* 構(gòu)建鍵盤(pán)
*/
void constructKeyboard();
/**
* 返回最終產(chǎn)品對(duì)象
*/
Computer getResult();
}
抽象建造者提供了每個(gè)組件構(gòu)建的統(tǒng)一方法，至于具體每個(gè)組件內(nèi)部的配置可能會(huì)有各種各樣的變化，這就有具體的實(shí)現(xiàn)者來(lái)實(shí)現(xiàn)。
具體建造者：實(shí)現(xiàn)了抽象建造者接口。在當(dāng)前業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，我們假設(shè)公司給的電腦配置有兩類(lèi)，一類(lèi)是普通的配置，一類(lèi)是高端配置。這樣就有兩個(gè)具體的建造者了，用來(lái)提供構(gòu)造過(guò)程的不同實(shí)現(xiàn)。
普通配置實(shí)現(xiàn)：
public class CommonComputerBuilder implements ComputerBuilder {
private Computer computer = new Computer();
@Override
public void constructLaptop() {
Laptop laptop = new Laptop("A","華為筆記本");
computer.setLaptop(laptop);
}
@Override
public void constructMouse() {
Mouse mouse = new Mouse("A","無(wú)線鼠標(biāo)");
computer.setMouse(mouse);
}
@Override
public void constructScreen() {
Screen screen = new Screen("A","液晶顯示器");
computer.setScreen(screen);
}
@Override
public void constructKeyboard() {
Keyboard keyboard = new Keyboard("A","普通鍵盤(pán)");
computer.setKeyboard(keyboard);
}
@Override
public Computer getResult() {
return computer;
}
}
高級(jí)配置實(shí)現(xiàn)：
public class SupperComputerBuilder implements ComputerBuilder {
private Computer computer = new Computer();
@Override
public void constructLaptop() {
Laptop laptop = new Laptop("S", "Mac Boor Pro");
computer.setLaptop(laptop);
}
@Override
public void constructMouse() {
Mouse mouse = new Mouse("A", "無(wú)線鼠標(biāo)");
computer.setMouse(mouse);
}
@Override
public void constructScreen() {
Screen screen = new Screen("S", "液晶曲面屏");
computer.setScreen(screen);
}
@Override
public void constructKeyboard() {
Keyboard keyboard = new Keyboard("S", "機(jī)械鍵盤(pán)");
computer.setKeyboard(keyboard);
}
@Override
public Computer getResult() {
return computer;
}
}
在此具體建造者中，設(shè)置了每個(gè)組件的配置信息，這里做了簡(jiǎn)化，每個(gè)組件都只有類(lèi)型和名稱(chēng)。而實(shí)際使用中，可能每個(gè)組件對(duì)象會(huì)包含不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)。
指揮者：調(diào)用建造者中的方法完成復(fù)雜對(duì)象的創(chuàng)建。
public class Director {
private ComputerBuilder builder;
public Director(ComputerBuilder builder) {
this.builder = builder;
}
//產(chǎn)品構(gòu)建與組裝方法
public Computer construct() {
builder.constructLaptop();
builder.constructMouse();
builder.constructScreen();
builder.constructKeyboard();
return builder.getResult();
}
}
指揮者對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了封裝，對(duì)客戶端進(jìn)行了隔離，客戶端只用獲得最終的產(chǎn)品即可，不用關(guān)心組裝的過(guò)程。
客戶端調(diào)用示例：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 普通配置電腦的組裝
ComputerBuilder builder = new CommonComputerBuilder();
Director director = new Director(builder);
Computer product = director.construct();
product.show();
System.out.println("------------------");
// 高級(jí)配置電腦的組裝
builder = new SupperComputerBuilder();
director = new Director(builder);
product = director.construct();
product.show();
// 可拓展其他配置的構(gòu)建中實(shí)現(xiàn)
}
}
執(zhí)行程序打印結(jié)果如下：
筆記本配置：華為筆記本
鼠標(biāo)配置：無(wú)線鼠標(biāo)
顯示器配置：液晶顯示器
鍵盤(pán)配置：普通鍵盤(pán)
------------------
筆記本配置：Mac Boor Pro
鼠標(biāo)配置：無(wú)線鼠標(biāo)
顯示器配置：液晶曲面屏
鍵盤(pán)配置：機(jī)械鍵盤(pán)
針對(duì)上述實(shí)例，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果還需要其他配置的電腦，只需要再創(chuàng)建一個(gè)Builder實(shí)現(xiàn)類(lèi)即可，而指導(dǎo)類(lèi)的組裝順序等也可以進(jìn)行調(diào)整。在這種情況下對(duì)原有的功能也不會(huì)造成影響，符合設(shè)計(jì)模式中的開(kāi)閉原則。
應(yīng)用場(chǎng)景
適用場(chǎng)景其實(shí)才是理解設(shè)計(jì)模式最重要的，只有知道了適用于什么場(chǎng)景，才能夠準(zhǔn)確的使用設(shè)計(jì)模式。
根據(jù)上述實(shí)例可以看出，建造者（Builder）模式創(chuàng)建的是復(fù)雜對(duì)象，適用于面向產(chǎn)品的各個(gè)具體部分經(jīng)常出現(xiàn)變化，但將它們組合在一起的算法卻相對(duì)穩(wěn)定的場(chǎng)景。
建造者模式適用于以下場(chǎng)景：
創(chuàng)建的對(duì)象較復(fù)雜，由多個(gè)部件構(gòu)成，各部件面臨著復(fù)雜的變化，但構(gòu)件間的建造順序是穩(wěn)定的，產(chǎn)生的結(jié)果又不相同。
產(chǎn)品類(lèi)非常復(fù)雜，或者產(chǎn)品類(lèi)中不同的調(diào)用順序產(chǎn)生不同的作用；
需要?jiǎng)?chuàng)建的各種形式的產(chǎn)品， 它們的制造過(guò)程相似且僅有細(xì)節(jié)上的差異；
使用生成器構(gòu)造組合樹(shù)或其他復(fù)雜對(duì)象，建造者模式可以分步、延時(shí)構(gòu)造產(chǎn)品；
構(gòu)造函數(shù)中有N個(gè)可選參數(shù)，那new各種實(shí)例比較麻煩，需要重載構(gòu)造函數(shù)多次，而且很多參數(shù)都具有默認(rèn)值。
優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
通過(guò)上面的介紹，大概就可以了解到建造者模式的優(yōu)缺點(diǎn)了。
優(yōu)點(diǎn)：
各個(gè)具體的建造者相互獨(dú)立，可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。
封裝性好，構(gòu)建和表示分離，客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細(xì)節(jié)，便于控制細(xì)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)。
可以更加精細(xì)地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過(guò)程，建造者可以對(duì)創(chuàng)建過(guò)程逐步細(xì)化，而不對(duì)其他模塊產(chǎn)生任何影響。
建造者模式的缺點(diǎn)：
需要多創(chuàng)建額外的Builder接口和實(shí)現(xiàn)類(lèi)；
如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復(fù)雜，可能會(huì)導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種變化，導(dǎo)致系統(tǒng)變得很龐大；
如果產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生變化，建造者也要同步修改，后期維護(hù)成本較大。
建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點(diǎn)，其組成部分相似，如果產(chǎn)品之間的差異性很大，則不適合使用建造者模式，因此其使用范圍受到一定的限制；
建造者（Builder）模式在應(yīng)用過(guò)程中可以根據(jù)需要改變，如果創(chuàng)建的產(chǎn)品種類(lèi)只有一種，只需要一個(gè)具體建造者，這時(shí)可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指揮者角色。
工廠模式VS建造者模式
建造者（Builder）模式和工廠模式的關(guān)注點(diǎn)不同：建造者模式注重零部件的組裝過(guò)程，而工廠方法模式更注重零部件的創(chuàng)建過(guò)程，兩者可以結(jié)合使用。
建造者模式和工廠模式的區(qū)別：
（1）建造者模式更加注重方法的調(diào)用順序，工廠模式注重創(chuàng)建對(duì)象；
（2）創(chuàng)建對(duì)象的力度不同，建造者模式創(chuàng)建復(fù)雜的對(duì)象，有各種復(fù)雜的部件組成，工廠模式創(chuàng)建出來(lái)的對(duì)象都一樣；
（3）關(guān)注重點(diǎn)不一樣，工廠模式只需要把對(duì)象創(chuàng)建出來(lái)就可以了，而建造者模式不僅要?jiǎng)?chuàng)建出對(duì)象，還需要知道對(duì)象由哪些部件組成；
（4）建造者模式根據(jù)建造過(guò)程中順序的不一樣，最終的對(duì)象部件組成也不一樣。
JDK中建造者的應(yīng)用
我們最常用的StringBuilder類(lèi)中就有建造者模式最直接的應(yīng)用，看一下核心代碼：
public AbstractStringBuilder append(String str) {
if (str == null)
return appendNull();
int len = str.length();
ensureCapacityInternal(count + len);
str.getChars(0, len, value, count);
count += len;
return this;
}
@Override
public StringBuilder append(char c) {
super.append(c);
return this;
}
關(guān)于StringBuilder具體的接口繼承等功能實(shí)現(xiàn)，可以對(duì)照上面的說(shuō)明看一下源碼實(shí)現(xiàn)。
小結(jié)
本篇文章帶大家實(shí)踐了一下建造者模式，詳細(xì)介紹了它的構(gòu)成與每部分的功能。關(guān)于設(shè)計(jì)模式，最重要的一點(diǎn)就是理解它們的應(yīng)用場(chǎng)景，在適合的場(chǎng)景下使用合適的設(shè)計(jì)模式，同時(shí)還可以根據(jù)具體環(huán)境進(jìn)行靈活的變通。
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