认真学习设计模式之建造者模式(Builder Pattern)

简介: 认真学习设计模式之建造者模式(Builder Pattern)

【1】概述

建造者模式(Builder Pattern) 又叫生成器模式,是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来(抽象类别),使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现(属性)的对象。


建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们,用户不需要知道内部的具体构建细节。


建造者模式的四个角色


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接口/抽象类。

ConcreteBuilder(具体建造者): 实现接口,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。

建造者模式原理类图

【2】案例分析

假设盖房子,这一过程为打桩、砌墙、封顶,房子有各种各样的,比如普通房,高楼,别墅,各种房子的过程虽然一样,但是要求不要相同的。


① 传统方式

我们使用工厂的思想,将建造过程封装起来。

AbstractHouse 抽象类提供了buildBasic()、 buildWalls()以及roofed()抽象方法让子类实现。模板方法build()封装了建造过程。

public abstract class AbstractHouse {
  //打地基
  public abstract void buildBasic();
  //砌墙
  public abstract void buildWalls();
  //封顶
  public abstract void roofed();
  public void build() {
    buildBasic();
    buildWalls();
    roofed();
  }
}


假设普通房子,子类实例如下:

public class CommonHouse extends AbstractHouse {
  @Override
  public void buildBasic() {
    System.out.println(" 普通房子打地基 ");
  }
  @Override
  public void buildWalls() {
    System.out.println(" 普通房子砌墙 ");
  }
  @Override
  public void roofed() {
    System.out.println(" 普通房子封顶 ");
  }
}


如果有个高层房子,那么就需要创建一个高层房子继承自AbstractHouse 并实现抽象方法。这时客户端测试代码如下:

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
    commonHouse.build();
  }
}

分析

这种方式的优点是结构简单易于理解。缺点是没有设计缓存层对象,程序的扩展和维护不好。也就是说,这种设计方案,把产品(即:房子) 和创建产品的过程(即:建房子流程) 封装在一起,耦合性增强了。

那么为了松耦合,我们需要进行解耦。将产品和创建产品的过程解耦–建造者模式。

② 建造者模式应用

① 首先有个house实体

//产品->Product
public class House {
  private String baise;
  private String wall;
  private String roofed;
  public String getBaise() {
    return baise;
  }
  public void setBaise(String baise) {
    this.baise = baise;
  }
  public String getWall() {
    return wall;
  }
  public void setWall(String wall) {
    this.wall = wall;
  }
  public String getRoofed() {
    return roofed;
  }
  public void setRoofed(String roofed) {
    this.roofed = roofed;
  }
}

② 定义抽象建造者

这时就不关心具体房子构建过程了,直接返回house。

// 抽象的建造者
public abstract class HouseBuilder {
  protected House house = new House();
  //将建造的流程写好, 抽象的方法
  public abstract void buildBasic();
  public abstract void buildWalls();
  public abstract void roofed();
  //建造房子好, 将产品(房子) 返回
  public House buildHouse() {
    return house;
  }
}

③ 定义指挥者

//指挥者,这里去指定制作流程,返回产品
public class HouseDirector {
  HouseBuilder houseBuilder = null;
  //构造器传入 houseBuilder
  public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
    this.houseBuilder = houseBuilder;
  }
  //通过setter 传入 houseBuilder
  public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
    this.houseBuilder = houseBuilder;
  }
  //如何处理建造房子的流程,交给指挥者
  public House constructHouse() {
    houseBuilder.buildBasic();
    houseBuilder.buildWalls();
    houseBuilder.roofed();
    return houseBuilder.buildHouse();
  }
}


④ 两个具体的builder

HighBuilding 、CommonHouse 继承自HouseBuilder 实现了抽象方法。

// 高层房子建造
public class HighBuilding extends HouseBuilder {
  @Override
  public void buildBasic() {
    System.out.println(" 高楼的打地基100米 ");
  }
  @Override
  public void buildWalls() {
    System.out.println(" 高楼的砌墙20cm ");
  }
  @Override
  public void roofed() {
    System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");
  }
}
// 普通房子建造
public class CommonHouse extends HouseBuilder {
  @Override
  public void buildBasic() {
    System.out.println(" 普通房子打地基5米 ");
  }
  @Override
  public void buildWalls() {
    System.out.println(" 普通房子砌墙10cm ");
  }
  @Override
  public void roofed() {
    System.out.println(" 普通房子屋顶 ");
  }
}

⑤ 客户端测试

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    //盖普通房子
    CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
    //准备创建房子的指挥者
    HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
    //完成盖房子,返回产品(普通房子)
    House house = houseDirector.constructHouse();
    System.out.println("--------------------------");
    //盖高楼
    HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
    //重置建造者
    houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
    //完成盖房子,返回产品(高楼)
    houseDirector.constructHouse();
  }
}


我们再回头看一下此时的UML图示


【3】总结分析

① 在JDK源码的应用


如java.lang.StringBuilder 中的建造者模式,如下所示StringBuilder继承自AbstractStringBuilder 实现了Appendable 接口。

如我们追溯StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder("hello");源码,如下所示:

public StringBuilder(CharSequence seq) {
    this(seq.length() + 16);
    append(seq);
}
@Override
public StringBuilder append(Object obj) {
    return append(String.valueOf(obj));
}
@Override
public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

Appendable 接口定义了多个append 方法(抽象方法), 即Appendable 为抽象建造者, 定义了抽象方法。


AbstractStringBuilder 实现了Appendable 接口方法,这里的AbstractStringBuilder 已经是具体建造者,只是不能实例化。


StringBuilder 即充当了指挥者角色,同时充当了具体的建造者,建造方法的实现是AbstractStringBuilder 完成, 而StringBuilder 继承了AbstractStringBuilder。

② 建造者模式的注意事项和细节

客户端(使用程序)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”。


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。


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,因此在这种情况下,要考虑是否选择建造者模式。

③ 抽象工厂模式VS 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:具有不同分类维度的产品组合,采用抽象工厂模式不需要关心构建过程,只关心什么产品由什么工厂生产即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品,它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。


那么工厂方法呢?工厂方法则是由具体工厂自己实现创建过程,也就是建造者(建造过程)与产品是耦合的。

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