设计模式（四）建造者模式

建造者模式

黑马程序员：https://www.bilibili.com/video/BV1Np4y1z7BU?p=50

概述

将一个复杂对象的构建和表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

构建过程：将主机的各种零部件组装成一个完整主机的过程。

建造者模式分离了部件的构造（由Builder来负责）和装配（由Director负责）。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，无需知道其内部的具体构造细节。

建造者模式包含的角色:

• 抽象建造者类（Builder）：这个接口规定要实现复杂对象的哪些部分的创建，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。在构建过程完成后，提高产品实例。
• 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。

UML类图

案例：创建共享单车（生产自行车）

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。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。

UML类图

• 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。

代码实现

Bike（产品类）

public class Bike {//自行车车架private String frame;//自行车车座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;}
}

Builder（抽象建造者类）

public abstract class Builder {//声明Bike类型的变量，并进行赋值protected Bike bike=new Bike();//构建车架public abstract void buildFrame();//构建车座public abstract void buildSeat();//构建自行车public abstract Bike createBike();
}

MobileBuilder（具体建造者类）

public class MobileBuilder extends Builder{@Overridepublic void buildFrame() {bike.setFrame("碳纤维车架");}@Overridepublic void buildSeat() {bike.setSeat("真皮车座");}@Overridepublic Bike createBike() {return bike;}
}

OfoBuilder（具体建造者类）

public class OfoBuilder extends Builder{@Overridepublic void buildFrame() {bike.setFrame("铝合金车架");}@Overridepublic void buildSeat() {bike.setSeat("橡胶车座");}@Overridepublic Bike createBike() {return bike;}
}

Director（指挥者类）

public class Director {//声明Builder类型的变量private Builder builder;//无参构造public Director(Builder builder){this.builder=builder;}//组装自行车功能public Bike construct(){builder.buildFrame();builder.buildSeat();return builder.createBike();}
}

Client（用户类）

public class Client {public static void main(String[] args) {//创建指挥者对象Director director = new Director(new MobileBuilder());//让指挥者指挥组装自行车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。

代码实现

Builder类

public abstract class Builder {//声明Bike类型的变量，并进行赋值protected Bike bike=new Bike();//构建车架public abstract void buildFrame();//构建车座public abstract void buildSeat();//构建自行车public abstract Bike createBike();//组装自行车功能public Bike construct(){this.buildFrame();this.buildSeat();return this.createBike();}}

Client类

public class Client {public static void main(String[] args) {//创建指挥者对象Builder builder = new OfoBuilder();//让指挥者指挥组装自行车Bike bike = builder.construct();System.out.println(bike.getFrame());System.out.println(bike.getSeat());}
}

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。
• 建造者很模式容易扩展。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

• 建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，则不适合使用建造则模式

使用场景

建造者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。

• 创建的对象较为复杂。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，代码的可读性会非常差，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

//手机类
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;}@Overridepublic String toString() {return "Phone{" +"cpu='" + cpu + '\'' +", screen='" + screen + '\'' +", memory='" + memory + '\'' +", mainboard='" + mainboard + '\'' +'}';}
}
//客户类
public class Client {public static void main(String[] args) {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，代码的可读性及使用的成本就比较高。

重构后代码

Phone类

public class Phone {private String cpu;private String screen;private String memory;private String mainboard;@Overridepublic String toString() {return "Phone{" +"cpu='" + cpu + '\'' +", screen='" + screen + '\'' +", memory='" + memory + '\'' +", mainboard='" + 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;//方便链式编程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 builder() {return new Phone(this);}}
}

Client类

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").mainboard("华硕").builder();System.out.println(phone);}
}

测试效果

总结

重构后的代码在使用起来更加方便，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。SpringSercutiry 也用到了这种模式。

工厂方法模式与建造者模式

工厂方法模式注重整体对象的创建模式；

建造者模式注重部件构建的过程，意在通过一步一步地精确构造出一个复杂的对象。

举例说明：如果制造一个超人，工厂方法模式，直接产生出来一个力大无穷、能够飞翔的超人；而使用建造者模式，则需要组装手、头等部分，然后一个超人就诞生了。

抽象工厂模式与建造者模式

抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同维度的产品组合，采用抽象工厂模式则是不需要关心构建过程，只关心说明产品由上面工厂生产即可。

建造者模式则是要求按照指定的蓝图制造产品，它的主要目的是 通过组装零配件而产生的一个新产品。

如果将抽象工厂模式堪称汽车配件生产工厂，生产一个产品族的产品，那么建造者模式就是一个汽车组装工厂，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。

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