创建型模式-建造者模式

建造者模式

概述

将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示

这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况

• 将部件的构造与装配分离，由 Builder 负责构造，Director 进行装配，实现了构建和装配的解耦。
• 不同的构建器，相同的装配，可以做出不同的对象。
• 相同的构建器，不同的装配顺序，也可以做出不同的对象。
• 用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。

结构

建造者（Builder）模式包含如下角色：

• 抽象建造者类 Builder：这个接口规定要实现复杂对象的那些部分的创建，并不涉及具体的部件对象的创建。
• 具体建造者类 Concrete Builder：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。在构造过程完成后，提供产品的实例。
• 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。

• 指挥者类用来指挥建造顺序，建造者只负责造部件。
• 抽象工厂生产出来的是某个系列的各种单品，构造者模式生产多种零件组装成一个单品。
• 抽象工厂用来对对象的生成进行解耦，建造者模式用来应对复杂对象的生成。

案例

创建共享单车

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：

• 车架有碳纤维，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，类图如下：

• 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

产品对象:自行车

package com.vmware.builder;

/**
 * @apiNote 产品 包含车座车架
 */
public class Bike {
    private String frame;
    private String seat;

    @Override
    public String toString() {
        return "Bike{" +
                "frame='" + frame + '\'' +
                ", seat='" + 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;
    }
}

抽象构建者:Builder

public abstract class Builder {
    protected Bike bike = new Bike();

    abstract public void buildFrame();

    abstract public void buildSeat();

    abstract public Bike createBike();
}

具体构建者类:摩拜单车、Ofo单车

/**
 * @apiNote 具体构建者
 */
public class MobikeBuilder extends Builder {
    @Override
    public void buildFrame() {
        bike.setFrame("摩拜车架");
    }

    @Override
    public void buildSeat() {
        bike.setSeat("摩拜车坐");
    }

    @Override
    public Bike createBike() {
        return bike;
    }
}

/**
 * @apiNote 具体构建者
 */
public class OfoBuilder extends Builder {
    @Override
    public void buildFrame() {
        bike.setFrame("Ofo车架");
    }

    @Override
    public void buildSeat() {
        bike.setSeat("Ofo车坐");
    }

    @Override
    public Bike createBike() {
        return bike;
    }
}

指挥者类

/**
 * @apiNote 指挥者
 */
public class Director {
    private final Builder builder;

    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public Bike construct(){
        builder.buildFrame();
        builder.buildSeat();
        return builder.createBike();
    }
}

测试类

public class BuilderTest {
    public static void main(String[] args) {
        //构建Ofo
        Director director = new Director(new OfoBuilder());
        Bike bike = director.construct();
        System.out.println(bike);
        //构建Mobike
        Director director1 = new Director(new MobikeBuilder());
        Bike bike1 = director1.construct();
        System.out.println(bike1);
    }
}

输出

Bike{frame='Ofo车架', seat='Ofo车坐'}
Bike{frame='摩拜车架', seat='摩拜车坐'}

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的产品类

但是有些情况下可以简化系统结构，可以把指挥者类和抽象建造者进行结合：

抽象构建者

/**
 * @apiNote 抽象构建者
 */
public abstract class Builder {
    protected Bike bike = new Bike();

    abstract public void buildFrame();

    abstract public void buildSeat();

    abstract public Bike createBike();

    public Bike construct() {
        buildFrame();
        buildSeat();
        return createBike();
    }
}

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，不符合单一职责原则。如果 construct() 过于复杂，建议还是封装到 Director 中。

优缺点

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。
• 建造者模式很容易进行扩展。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:

• 使用范围有一定的限制。
• 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。

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。

• 创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但部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

拓展-构建对象

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

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;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Phone{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", screen='" + screen + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", mainboard='" + mainboard + '\'' +
                '}';
    }
}

在客户端中构建对象：传递了 4 个参数，如果参数更多呢？代码的可读性及使用的成本就是比较高

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);
    }
}

重构后

使用构建者模式重构代码

package com.vmware.builder.demo;

public class Phone {
    private String cpu;
    private String screen;
    private String memory;
    private String mainBoard;

    @Override
    public String toString() {
        return "Phone{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", screen='" + screen + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", mainBoard='" + mainBoard + '\'' +
                '}';
    }

    private Phone(PhoneBuilder builder) {
        this.cpu = builder.cpu;
        this.screen = builder.screen;
        this.memory = builder.memory;
        this.mainBoard = builder.mainBoard;
    }

    public static final class PhoneBuilder {
        private String cpu;
        private String screen;
        private String memory;
        private String mainBoard;

        public PhoneBuilder cpu(String cpu) {
            this.cpu = cpu;
            return this;
        }

        public PhoneBuilder screen(String screen) {
            this.screen = screen;
            return this;
        }

        public PhoneBuilder memory(String memory) {
            this.memory = memory;
            return this;
        }

        public PhoneBuilder mainBoard(String mainBoard) {
            this.mainBoard = mainBoard;
            return this;
        }

        public Phone build() {
            return new Phone(this);
        }
    }
}

在客户端中构建对象：使用起来更灵活方便，某种程度上也可以提高开发效率

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone.PhoneBuilder()
                .cpu("英特尔")
                .screen("京东方")
                .mainBoard("华硕")
                .memory("金士顿")
                .build();
        System.out.println(phone);
    }
}

:bookmark: 在 Lombok 中只需要使用 @Builder 即可使用构建者模式来构建对象。