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JAVA设计模式08-建造者模式

设计模式建造者模式

发布于：2019年6月9日

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JAVA设计模式-建造者模式（Builder Pattern）

什么是建造者模式

​ 建造者模式（Builder Pattern）使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象。该 Builder 类是独立于其他对象的

​ 创建者模式又叫建造者模式，是将一个复杂的对象的构建与它的表示分离，使
得同样的构建过程可以创建不同的表示。创建者模式隐藏了复杂对象的创建过程，它把复杂对象的创建过程加以抽象，通过子类继承或者重载的方式，动态的创建具有复合属性的对象。

角色

  • Product（产品角色）： 一个具体的产品对象。
  • Builder（抽象建造者）：创建一个Product对象的各个部件指定的抽象接口。
  • ConcreteBuilder（具体建造者）：实现抽象接口，构建和装配各个部件。
  • Director（指挥者）：构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。

优缺点

优点

  • 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。
  • 每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者， 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象 。
  • 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。
  • 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合 “开闭原则”

缺点

  • 产品之间差异性很大的情况：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，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
  • 产品内部变化很复杂的情况： 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大。

适用场景

  • 隔离复杂对象的创建和使用，相同的方法，不同执行顺序，产生不同事件结果
  • 多个部件都可以装配到一个对象中，但产生的运行结果不相同
  • 产品类非常复杂或者产品类因为调用顺序不同而产生不同作用
  • 初始化一个对象时，参数过多，或者很多参数具有默认值
  • Builder模式不适合创建差异性很大的产品类
  • 产品内部变化复杂，会导致需要定义很多具体建造者类实现变化，增加项目中类的数量，增加系统的理解难度和运行成本
  • 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象具备共性；

注意事项

  • 和适配器模式的区别：适配器模式主要改变所考虑对象的接口，而代理模式不能改变所代理类的接口。
  • 和装饰器模式的区别：装饰器模式为了增强功能，而代理模式是为了加以控制。

主要作用

在用户不知道对象的建造过程和细节的情况下就可以直接创建复杂的对象。

  • 用户只需要给出指定复杂对象的类型和内容；
  • 建造者模式负责按顺序创建复杂对象（把内部的建造过程和细节隐藏起来)

解决的问题

  • 方便用户创建复杂的对象（不需要知道实现过程）
  • 代码复用性 & 封装性（将对象构建过程和细节进行封装 & 复用）

实现

产品类

需要进行构建的原始的产品类

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/**
 * 需要进行构建的产品类
 */
public class Product {
    /**
     * 产品名称
     */
    private String name;
    /**
     * 单价
     */
    private float price;
    /**
     * 数量
     */
    private int num;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public float getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(float price) {
        this.price = price;
    }

    public int getNum() {
        return num;
    }

    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Product{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", price=" + price +
                ", num=" + num +
                '}';
    }
}

Builder 接口

Builder 可以是接口也可以是抽象类，定义需要实现的构建模板

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/**
 * 建造者接口
 */
public interface Builder {
    //构建产品名称
    public void buildName();

    //构建单价
    public void buildPrice();

    //构建数量
    public void buildNum();

    //获取构建的对象
    public Product build();
}

具体建造者（ConcreteBuilder）

构建苹果手机
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/**
 * 构建苹果手机
 */
public class MobileBuilder implements Builder {
    private Product product = new Product();

    @Override
    public void buildName() {
        product.setName("iphone手机");
    }

    @Override
    public void buildPrice() {
        product.setPrice(8000);
    }

    @Override
    public void buildNum() {
        product.setNum(1000);
    }

    @Override
    public Product build() {
        return product;
    }
}
构建手表
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/**
 * 构建手表
 */
public class WatchBuilder implements Builder {
    private Product product = new Product();

    @Override
    public void buildName() {
        product.setName("手表");
    }

    @Override
    public void buildPrice() {
        product.setPrice(10000);
    }

    @Override
    public void buildNum() {
        product.setNum(10);
    }

    @Override
    public Product build() {
        return product;
    }
}

指挥者(Director)

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/**
 * 指挥者
 */
public class Director {
    //建造者接口
    private Builder builder = null;
    //构造方法
    public Director(Builder builder){
        this.builder = builder;
    }

    /**
     * 构建具体的对象
     * @return 构建出来的对象
     */
    public Product getProduct(){
        builder.buildName();
        builder.buildPrice();
        builder.buildNum();
        return builder.build();
    }
}

客户端使用

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/**
 * 建造者测试
 */
public class BuildTest {

    public static void main(String[] args) {
        //打印手机
        printBuild(new MobileBuilder());
        //打印手表
        printBuild(new WatchBuilder());
    }

    /**
     * 打印建造后的对象数据
     * @param builder
     */
    public static void printBuild(Builder builder){
        Director director = new Director(builder);
        Product product = director.getProduct();
        System.out.println(product.toString());
    }
}

输出

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Product{name='iphone手机', price=8000.0, num=1000}
Product{name='手表', price=10000.0, num=10}

通过链式调用优化(非常推荐)

链式写法是在原型写法的基础上做优化，有些时候Builder的创建部分有默认值，或者不需要的情况下，而产生不同的Product，通过以上方式，就需要修改Director类和Builder类，再或者根据不同的创建顺序，生成不同的结果，也需要修改Director类。Director似乎显得很不稳定和多余。可以通过Builder自身的调用逻辑来生成Product，即链式调用

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/**
 * 链式的建造者
 */
public class StreamProductBuilder {
    /**
     * 产品名称
     */
    private String name;
    /**
     * 单价
     */
    private float price;
    /**
     * 数量
     */
    private int num;

    public StreamProductBuilder() {
    }

    public StreamProductBuilder(String name, float price, int num) {
        this.name = name;
        this.price = price;
        this.num = num;
    }

    /**
     * 静态类 Builder
     */
    public static final  class Builder {
        /**
         * 产品名称
         */
        private String name;
        /**
         * 单价
         */
        private float price;
        /**
         * 数量
         */
        private int num;

        //空的构造方法
        public Builder(){}

        /**
         * 进行建造
         * @param name
         * @return
         */
        public Builder name(String name) {
            this.name = name;
            return this;
        }

        public Builder price(float prie) {
            this.price = price;
            return this;
        }

        public Builder num(int num) {
            this.num = num;
            return this;
        }

        /**
         * 返回建造的对象
         * @return
         */
        public StreamProductBuilder build() {
            return new StreamProductBuilder(name, price, num);
        }
    }


    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public float getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(float price) {
        this.price = price;
    }

    public int getNum() {
        return num;
    }

    public void setNum(int num) {
        this.num = num;
    }
}

客户端使用

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public class BuildTest {

    public static void main(String[] args) {
        StreamProductBuilder builder = new StreamProductBuilder.Builder().name("iphone手机").price(8000).num(100).build();
        System.out.println(builder.getName());
    }
}

上面的示例代码只是传入三个参数，如果参数是十四个甚至更多，builder 模式的优势将会更加明显，传递参数更加灵活，代码具有更高的可读性，代码更加简洁。

相比于普通JavaBean的好处

​ 在建造者模式中,提供一个辅助的静态建造器Builder(静态内部类),可以在里面set实体类的属性,与JavaBean不同的是,建造者是先set,在通过build实例化实体类,这样既可以提高代码的阅读性,也可以防止对象没有实例化,就被调用;不会造成不一致性,同时解决了Javabean模式的线程安全问题

建造者模式与抽象工厂模式的比较

  • 与抽象工厂模式相比，建造者模式返回一个组装好的完整产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成了一个产品族 。
  • 在抽象工厂模式中，客户端实例化工厂类，然后调用工厂方法获取所需产品对象，而在建造者模式中，客户端可以不直接调用建造者的相关方法，而是通过指挥者类来指导如何生成对象，包括对象的组装过程和建造步骤，它侧重于一步步构造一个复杂对象，返回一个完整的对象 。
  • 如果将抽象工厂模式看成汽车配件生产工厂，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

总结

​ Director角色并非多余，能把复杂的Product创建过程对外隐藏，使Builder部件和创建过程分离，各方易于扩展，降低了耦合度。当需要对一个对象设置很多属性，此时就能方便的使用链式调用来提高编码速度和代码可读性。

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更新于：2020年7月17日

设计模式

建造者模式

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