设计模式之建造者模式(BuilderPattern)

2021-03-14

一.意义

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。

说明:复杂对象的构建,比如一个对象有几十个成员属性,那么我们在创建这个对象,并给成员属性赋值时,就会很麻烦。采用建造者模式,就是把创建对象并给成员属性赋值的工作,分离出来,由建造者角色来完成,业务程序员直接调用导演类,获得复杂对象即可,无需再进行对象的创建工作了。

二.角色

建造者模式涉及到一下几种角色:

Builder(抽象建造者):它为创建一个产品Product对象的各个部件指定抽象接口,在该接口中一般声明两类方法,一类方法是buildPartX(),它们用于创建复杂对象的各个部件;另一类方法是getResult(),它们用于返回复杂对象。Builder既可以是抽象类,也可以是接口。由此可见,抽象建造者就类似于抽象工厂,只不过,抽象工厂是调度的产品的整体部件,而抽象建造者,是构造产品的内部部件。抽象建造者定义了建造规范,不同的建造者遵循着同样的建造规范,构建不同的部件。

ConcreteBuilder(具体建造者):它实现了Builder接口,实现各个部件的具体构造和装配方法,定义并明确它所创建的复杂对象,也可以提供一个方法返回创建好的复杂产品对象。具体建造者就相当于工厂实现类。一个产品,对应一个具体建造者,构造多样的部件,并返回对应的产品对象。

Product(产品角色):它是被构建的复杂对象,包含多个组成部件,具体建造者创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。在建造者模式中,产品大多是一个类,产品的部件就是类的成员属性。

Director(指挥者):指挥者又称为导演类,它负责安排复杂对象的建造次序,指挥者与抽象建造者之间存在关联关系,可以在其construct()建造方法中调用建造者对象的部件构造与装配方法,完成复杂对象的建造。客户端一般只需要与指挥者进行交互,在客户端确定具体建造者的类型,并实例化具体建造者对象(也可以通过配置文件和反射机制),然后通过指挥者类的构造函数或者Setter方法将该对象传入指挥者类中。

个人感觉,这里的导演类,完全可以融合到建造者角色中,这样的话,对于调用者而言,选择具体建造者的时候,通过建造者构造部件,也可以获得产品。这种形式,就是把产品的构建和产品的获得,都放到了一个类里,违反了单一责任原则。所以,导演类的存在,是为了满足单一责任原则。那为什么在工厂模式中,没有导演这个角色呢,那是因为在工厂模式中,工厂的作用就是生产产品,直接通过工厂,就获得了产品。而建造者模式,建造者是在构建产品,它体现的是一个过程,而不是最终的结果。

 

三、代码实现

我们来构建上述的角色,实现建造者模式:

首先,先定义产品,我们以电脑产品为例,建造者模式的产品以类为主,注重的是内部的部件(成员属性):

/**
 * 产品:电脑
 */
public class Computer {
    /**
     * 内部部件:
     */
    private String brand;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String hardDisk;
    private String displayCard;
    private String power;
    private String memory;

    public String getBrand() {
        return brand;
    }

    public void setBrand(String brand) {
        this.brand = brand;
    }

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(String cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public String getMainBoard() {
        return mainBoard;
    }

    public void setMainBoard(String mainBoard) {
        this.mainBoard = mainBoard;
    }

    public String getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(String hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public String getDisplayCard() {
        return displayCard;
    }

    public void setDisplayCard(String displayCard) {
        this.displayCard = displayCard;
    }

    public String getPower() {
        return power;
    }

    public void setPower(String power) {
        this.power = power;
    }

    public String getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(String memory) {
        this.memory = memory;
    }
}

 

然后,我们定义抽象创建者,主要分为两部分:buildX构建部件,和getResult获取构建产品,代码如下:

**
 * 建造者角色,其实就是代替复杂对象的构造函数等构造方式,在这里对复杂对象进行构建
 */
public abstract class ComputerBuilder {
    //建造者中,创建复杂产品对象,构建出复杂对象后,进行输出。
    protected Computer computer = new Computer();

    /**
     * 建造产品部件的方法,这里用抽象方法,不同的建造者可以构建出不同的产品部件来。
     */
    public abstract void buildBrand();
    public abstract void buildCPU();
    public abstract void buildMainBoard();
    public abstract void buildHardDisk();
    public abstract void buildDisplayCard();
    public abstract void buildPower();
    public abstract void buildMemory();

    /**
     * 建造者最后输出复杂产品。
     * @return
     */
    public Computer createComputer() {
        return computer;
    }
}

 

然后创建具体建造者类,如下代码:

/**
 * 具体建造者,可以构建不同的产品部件。构建者有统一的构建接口,这样可以规范不同构建者。
 */
public class ASUSComputerBuilder extends ComputerBuilder{
    @Override
    public void buildBrand() {
        computer.setBrand("华硕电脑");
    }

    @Override
    public void buildCPU() {
        computer.setCpu("Intel 第8代 酷睿");
    }

    @Override
    public void buildMainBoard() {
        computer.setMainBoard("华硕主板");
    }

    @Override
    public void buildHardDisk() {
        computer.setHardDisk("256GB SSD");
    }

    @Override
    public void buildDisplayCard() {
        computer.setDisplayCard("MX150 独立2GB");
    }

    @Override
    public void buildPower() {
        computer.setPower("3芯 锂离子电池 65W AC适配器");
    }

    @Override
    public void buildMemory() {
        computer.setMemory("1 x SO-DIMM  8GB");
    }
}
/**
 * 具体建造者,可以构建不同的产品部件。构建者有统一的构建接口,这样可以规范不同构建者。
 */
public class DellComputerBuilder extends ComputerBuilder {
    @Override
    public void buildBrand() {
        computer.setBrand("戴尔电脑");
    }

    @Override
    public void buildCPU() {
        computer.setCpu("i5-8300H 四核");
    }

    @Override
    public void buildMainBoard() {
        computer.setMainBoard("戴尔主板");

    }

    @Override
    public void buildHardDisk() {
        computer.setHardDisk("1T + 128GB SSD");
    }

    @Override
    public void buildDisplayCard() {
        computer.setDisplayCard("GTX1060 独立6GB");

    }

    @Override
    public void buildPower() {
        computer.setPower("4芯 锂离子电池 180W AC适配器");
    }

    @Override
    public void buildMemory() {
        computer.setMemory("4G + 4G");
    }
}

 

然后,我们定义导演类,来调度建造者,输出复杂产品:

/**
 * 导演类,指挥构建过程,调用建造者类。
 */
public class ComputerDirector {
    /**
     * 导演类的建造方法一般都用construct命名。传入具体建造者类,输出产品
     * @param builder
     * @return
     */
    public Computer construct(ComputerBuilder builder){
        Computer computer;
        builder.buildBrand();
        builder.buildCPU();
        builder.buildDisplayCard();
        builder.buildHardDisk();
        builder.buildMainBoard();
        builder.buildMemory();
        builder.buildPower();
        computer = builder.createComputer();
        return computer;

    }
}

 

这样,对于业务程序员而言,就可以通过导演类,来获取复杂对象了,如下:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //用户直接使用的是导演类
       ComputerDirector director=new ComputerDirector();
       //选择相应的构建者,来构建不同的部件
        ComputerBuilder dellBuilder = new DellComputerBuilder();
        //返回构建出来的产品
        Computer dellComputer=director.construct(dellBuilder);


    }
    
}

 

由此我们可以看到,业务程序员需要选择具体的建造类,传入导演类中,获得产品。在我们实际项目中,通常我们在xml里定义需要的具体建造者类,然后spring等其他框架读取我们在xml里写的具体建造者类,调用导演类,来获得程序员想要的产品。所以对于业务程序员而言,需要做的就是在xml里定义具体建造者,导演类都是框架在做。 

四、优点和缺点

优点:

  • 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。

  • 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。由于指挥者类针对抽象建造者编程,增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码,系统扩展方便,符合 “开闭原则”。

  • 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。

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,例如很多组成部分都不相同,不适合使用建造者模式,因此其使用范围受到一定的限制。

  • 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,增加系统的理解难度和运行成本。从这句话我们可以看出,在我们应用设计模式时,也要考虑系统的复杂程度,即使一个业务很适合应用某种设计模式,但是应用起来,很笨重很复杂,那么我们也不建议生搬硬套设计模式。

五、建造者模式的本质

建造者模式的本质,就是建造对象。我们在阅读源码中,看到Builder字样时,只要知道其实在创造产品即可。具体其怎么走流程,怎么创建这个对象的,我们不用太过关注,因为有些建造者模式,结构和设计特别复杂。