设计模式【4】-- 建造者模式详解

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开局一张图,剩下全靠写...

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引言

设计模式集合: http://aphysia.cn/categories/...

如果你用过 Mybatis ,相信你对以下代码的写法并不陌生,先创建一个 builder 对象,然后再调用 .build() 函数:

InputStream is = Resources.getResourceAsStream("mybatis.xml");
SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(is);
SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();

上面其实就是我们这篇文章所要讲解的 建造者模式 ,下面让我们一起来琢磨一下它。

什么是建造者模式

建造者模式是设计模式的一种,将一个复杂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。(来源于百度百科)

建造者模式,其实是创建型模式的一种,也是23种设计模式中的一种,从上面的定义来看比较模糊,但是不得不承认,当我们有能力用简洁的话去定义一个东西的时候,我们才是真的了解它了,因为这个时候我们已经知道它的界限在哪。

所谓将一个复杂对象的构建与它的表示分离,就是将对象的构建器抽象出来,构造的过程一样,但是不一样的构造器可以实现不一样的表示。

结构与例子

建造者模式主要分为以下四种角色:

Product
Bulider
ConcreteBuilder
Director

说到这里,可能会有点懵,毕竟全都是定义,下面从实际例子来讲讲,就拿程序员最喜欢的电脑来说,假设现在要生产多种电脑,电脑有屏幕,鼠标,cpu,主板,磁盘,内存等等,我们可能立马就能写出来:

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;
      ...
    public String getMouse() {
        return mouse;
    }

    public void setMouse(String mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }

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

上面的例子中,每一种属性都使用单独的 set 方法,要是生产不同的电脑的不同部件,具体的实现还不太一样,这样一个类实现起来貌似不是很优雅,比如联想电脑和华硕电脑的屏幕的构建过程不一样,而且这些部件的构建,理论上都是电脑的一部分,我们可以考虑 流水线式 的处理。

当然,也有另外一种实现,就是多个构造函数,不同的构造函数带有不同的参数,实现了可选的参数:

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;

    public Computer(String screen) {
        this.screen = screen;
    }

    public Computer(String screen, String mouse) {
        this.screen = screen;
        this.mouse = mouse;
    }

    public Computer(String screen, String mouse, String cpu) {
        this.screen = screen;
        this.mouse = mouse;
        this.cpu = cpu;
    }
      ...
}

上面多种参数的构造方法,理论上满足了按需构造的要求,但是还是会有不足的地方:

  • 倘若构造每一个部件的过程都比较复杂,那么构造函数看起来就比较凌乱
  • 如果有多种按需构造的要求,构造函数就太多了
  • 构造不同的电脑类型,耦合在一块,必须抽象出来

首先,我们先用流水线的方式,实现按需构造,不能重载那么多构造函数:

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;

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

    public Computer setMouse(String mouse) {
        this.mouse = mouse;
        return this;
    }

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

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

    public Computer setDisk(String disk) {
        this.disk = disk;
        return this;
    }

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

使用的时候,构造起来,就像是流水线一样,一步一步构造就可以:

Computer computer = new Computer()
                .setScreen("高清屏幕")
                .setMouse("罗技鼠标")
                .setCpu("i7处理器")
                .setMainBoard("联想主板")
                .setMemory("32G内存")
                .setDisk("512G磁盘");

但是以上的写法不够优雅,既然构造过程可能很复杂,为何不用一个特定的类来构造呢?这样构造的过程和主类就分离了,职责更加清晰,在这里内部类就可以了:

package designpattern.builder;

import javax.swing.*;

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;

    Computer(Builder builder) {
        this.screen = builder.screen;
        this.cpu = builder.cpu;
        this.disk = builder.disk;
        this.mainBoard = builder.mainBoard;
        this.memory = builder.memory;
        this.mouse = builder.mouse;
    }

    public static class Builder {
        private String screen;
        private String mouse;
        private String cpu;
        private String mainBoard;
        private String disk;
        private String memory;

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

        public Builder setMouse(String mouse) {
            this.mouse = mouse;
            return this;
        }

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

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

        public Builder setDisk(String disk) {
            this.disk = disk;
            return this;
        }

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

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

使用的时候,使用 builder 来构建,构建完成之后,调用build的时候,再将具体的值,赋予我们需要的对象(这里是 Computer ):

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer.Builder()
                .setScreen("高清屏幕")
                .setMouse("罗技鼠标")
                .setCpu("i7处理器")
                .setMainBoard("联想主板")
                .setMemory("32G内存")
                .setDisk("512G磁盘")
                .build();
        System.out.println(computer.toString());
    }
}

但是上面的写法,如果我们构造多种电脑,每种电脑的配置不太一样,构建的过程也不一样,那么我们就必须将构造器抽象出来,变成一个抽象类。

首先我们定义产品类 Computer

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;

    public void setScreen(String screen) {
        this.screen = screen;
    }

    public void setMouse(String mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "screen='" + screen + '\'' +
                ", mouse='" + mouse + '\'' +
                ", cpu='" + cpu + '\'' +
                '}';
    }
}

定义一个抽象的构造类,用于所有的电脑类构造:

public abstract class Builder {
    abstract Builder buildScreen(String screen);
    abstract Builder buildMouse(String mouse);
    abstract Builder buildCpu(String cpu);

    abstract Computer build();
}

先构造一台联想电脑,那联想电脑必须实现自己的构造器,每一款电脑总有自己特殊的地方:

public class LenovoBuilder extends Builder {
    private Computer computer = new Computer();

    @Override
    Builder buildScreen(String screen) {
        computer.setScreen(screen);
        return this;
    }

    @Override
    Builder buildMouse(String mouse) {
        computer.setMouse(mouse);
        return this;
    }

    @Override
    Builder buildCpu(String cpu) {
        computer.setCpu(cpu);
        return this;
    }

    @Override
    Computer build() {
        System.out.println("构建中...");
        return computer;
    }
}

构建器有了,还需要有个指挥者,它负责去构建我们具体的电脑:

public class Director {
    Builder builder = null;
    public Director(Builder builder){
        this.builder = builder;
    }
    
    public void doProcess(String screen,String mouse,String cpu){
        builder.buildScreen(screen)
                .buildMouse(mouse)
                .buildCpu(cpu); 
    }
}

使用的时候,我们只需要先构建 builder ,然后把 builder 传递给指挥者,他负责具体的构建,构建完之后,构建器调用一下 .build() 方法,就可以创建出一台电脑。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        LenovoBuilder builder = new LenovoBuilder();
        Director director = new Director(builder);
        director.doProcess("联想屏幕","游戏鼠标","高性能cpu");
        Computer computer = builder.build();
        System.out.println(computer);
    }
}

打印结果:

构建中...
Computer{screen='联想屏幕', mouse='游戏鼠标', cpu='高性能cpu'}

以上其实就是完整的建造者模式,但是我们平时用的,大部分都是自己直接调用构建器 Builder ,一路 set() ,最后 build() ,就创建出了一个对象。

使用场景

构建这模式的好处是什么?首先想到的应该是将构建的过程解耦了,构建的过程如果很复杂,单独拎出来写,清晰简洁。其次,每个部分的构建,其实都是可以独立去创建的,不需要多个构造方法,构建的工作交给了构建器,而不是对象本身。专业的人做专业的事。同样,构建者模式也比较适用于不同的构造方法或者构造顺序,可能会产生不同的构造结果的场景。

但是缺点还是有的,需要维护多出来的 Builder 对象,如果多种产品之间的共性不多,那么抽象的构建器将会失去它该有的作用。如果产品类型很多,那么定义太多的构建类来实现这种变化,代码也会变得比较复杂。

最近在公司用 GRPC ,里面的对象几乎都是基于构建者模式,链式的构建确实写着很舒服,也比较优雅,代码是写给人看的,我们所做的一切设计模式,都是为了拓展,解耦,以及避免代码只能口口相传。

【作者简介】:

秦怀,公众号【 秦怀杂货店 】作者,技术之路不在一时,山高水长,纵使缓慢,驰而不息。个人写作方向: Java源码解析JDBCMybatisSpringredis分布式剑指OfferLeetCode 等,认真写好每一篇文章,不喜欢标题党,不喜欢花里胡哨,大多写系列文章,不能保证我写的都完全正确,但是我保证所写的均经过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处,还望指正。

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