秒懂设计模式之建造者模式(Builder pattern)

前言

人在IT江湖飘,不懂设计模式咋装逼?

但是没写过5万行代码谈设计模式都是在瞎扯淡,咱先看看定义

In software engineering, a software design pattern is a general, reusable solution to a commonly occurring problem within a given context in software design. It is not a finished design that can be transformed directly into source or machine code. It is a description or template for how to solve a problem that can be used in many different situations. Design patterns are formalized best practices that the programmer can use to solve common problems when designing an application or system.
在软件工程领域,设计模式是一套通用的可复用的解决方案,用来解决在软件设计过程中产生的通用问题。它不是一个可以直接转换成源代码的设计,只是一套在软件系统设计过程中程序员应该遵循的最佳实践准则。

咋样,这要是没点工作经验还搞个毛线,因为你完全不明白在说啥!你就记住了,没有设计模式,软件照样开发,就是在大型软件系统开发及维护过程中就痛苦不堪,最后在不断重构后你会发现尼玛竟然用了好多设计模式。

工作中常常出现建造者模式的身影,所以整理记录一下,希望对自己和其他人都有一个帮助。希望你读完本文后可以在实际开发过程中用上Builder 模式,成功装一把逼,书生我就甚是欣慰了。

定义

定义虽然基本没有屌用,因为大部分人都看不懂,但是还的说出来。。。

The intent of the Builder design pattern is to separate the construction of a complex object from its representation. By doing so the same construction process can create different representations.
将一个复杂对象的构建与其表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示

使用场景

这个就非常重要了,因为如果你学了个东西,都不知道用来解决什么问题,你说有什么用?理解使用场景的的重要性要远高于你是不是会实现这个模式,因为只要你知道什么问题可以使用builder模式来解决,那你即使不会写,也可以在调查相关资料后完成。
我不想说一些大而正确的术语来把你搞蒙,我们只针对具体的问题,至于延展性的思考,随着你知识的增长,逐渐会明白的。延展阅读

当一个类的构造函数参数个数超过4个,而且这些参数有些是可选的参数,考虑使用构造者模式。

解决的问题

当一个类的构造函数参数超过4个,而且这些参数有些是可选的时,我们通常有两种办法来构建它的对象。
例如我们现在有如下一个类计算机类Computer,其中cpu与ram是必填参数,而其他3个是可选参数,那么我们如何构造这个类的实例呢,通常有两种常用的方式:

public class Computer {
    private String cpu;//必须
    private String ram;//必须
    private int usbCount;//可选
    private String keyboard;//可选
    private String display;//可选
}

第一:折叠构造函数模式(telescoping constructor pattern ),这个我们经常用,如下代码所示

public class Computer {
     ...
    public Computer(String cpu, String ram) {
        this(cpu, ram, 0);
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount) {
        this(cpu, ram, usbCount, "罗技键盘");
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount, String keyboard) {
        this(cpu, ram, usbCount, keyboard, "三星显示器");
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount, String keyboard, String display) {
        this.cpu = cpu;
        this.ram = ram;
        this.usbCount = usbCount;
        this.keyboard = keyboard;
        this.display = display;
    }
}

第二种:Javabean 模式,如下所示

public class Computer {
        ...

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }
    public void setCpu(String cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }
    public String getRam() {
        return ram;
    }
    public void setRam(String ram) {
        this.ram = ram;
    }
    public int getUsbCount() {
        return usbCount;
    }
...
}

那么这两种方式有什么弊端呢?
第一种主要是使用及阅读不方便。你可以想象一下,当你要调用一个类的构造函数时,你首先要决定使用哪一个,然后里面又是一堆参数,如果这些参数的类型很多又都一样,你还要搞清楚这些参数的含义,很容易就传混了。。。那酸爽谁用谁知道。
第二种方式在构建过程中对象的状态容易发生变化,造成错误。因为那个类中的属性是分步设置的,所以就容易出错。

为了解决这两个痛点,builder模式就横空出世了。

如何实现

  1. 在Computer 中创建一个静态内部类 Builder,然后将Computer 中的参数都复制到Builder类中。
  2. 在Computer中创建一个private的构造函数,参数为Builder类型
  3. 在Builder中创建一个public的构造函数,参数为Computer中必填的那些参数,cpu 和ram。
  4. 在Builder中创建设置函数,对Computer中那些可选参数进行赋值,返回值为Builder类型的实例
  5. 在Builder中创建一个build()方法,在其中构建Computer的实例并返回

下面代码就是最终的样子

public class Computer {
    private String cpu;//必须
    private String ram;//必须
    private int usbCount;//可选
    private String keyboard;//可选
    private String display;//可选

    private Computer(Builder builder){
        this.cpu=builder.cpu;
        this.ram=builder.ram;
        this.usbCount=builder.usbCount;
        this.keyboard=builder.keyboard;
        this.display=builder.display;
    }
    public static class Builder{
        private String cpu;//必须
        private String ram;//必须
        private int usbCount;//可选
        private String keyboard;//可选
        private String display;//可选

        public Builder(String cup,String ram){
            this.cpu=cup;
            this.ram=ram;
        }

        public Builder setUsbCount(int usbCount) {
            this.usbCount = usbCount;
            return this;
        }
        public Builder setKeyboard(String keyboard) {
            this.keyboard = keyboard;
            return this;
        }
        public Builder setDisplay(String display) {
            this.display = display;
            return this;
        }
        public Computer build(){
            return new Computer(this);
        }
    }
}

如何使用

在客户端使用链式调用,一步一步的把对象构建出来。

        Computer computer=new Computer.Builder("因特尔","三星")
                .setDisplay("三星24寸")
                .setKeyboard("罗技")
                .setUsbCount(2)
                .build();

案例

构建者模式是一个非常实用而常见的创建类型的模式(creational design pattern),例如图片处理框架Glide,网络请求框架Retrofit等都使用了此模式。

扩展

其实上面的内容是Builder在Java中一种简化的使用方式,经典的Builder 模式与其有一定的不同,如果没有兴趣的同学就可以不用往下读了。

传统Builder 模式

构建者模式UML图如下所示

在这里插入图片描述

如上图所示,builder模式有4个角色。

  • Product: 最终要生成的对象,例如 Computer实例。
  • Builder: 构建者的抽象基类(有时会使用接口代替)。其定义了构建Product的抽象步骤,其实体类需要实现这些步骤。其会包含一个用来返回最终产品的方法Product getProduct()
  • ConcreteBuilder: Builder的实现类。
  • Director: 决定如何构建最终产品的算法. 其会包含一个负责组装的方法 void Construct(Builder builder), 在这个方法中通过调用builder的方法,就可以设置builder,等设置完成后,就可以通过builder的 getProduct() 方法获得最终的产品。

我们接下来将最开始的例子使用传统方式来实现一遍。

第一步:我们的目标Computer类:

public class Computer {
    private String cpu;//必须
    private String ram;//必须
    private int usbCount;//可选
    private String keyboard;//可选
    private String display;//可选

    public Computer(String cpu, String ram) {
        this.cpu = cpu;
        this.ram = ram;
    }
    public void setUsbCount(int usbCount) {
        this.usbCount = usbCount;
    }
    public void setKeyboard(String keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }
    public void setDisplay(String display) {
        this.display = display;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", ram='" + ram + '\'' +
                ", usbCount=" + usbCount +
                ", keyboard='" + keyboard + '\'' +
                ", display='" + display + '\'' +
                '}';
    }
}

第二步:抽象构建者类

public abstract class ComputerBuilder {
    public abstract void setUsbCount();
    public abstract void setKeyboard();
    public abstract void setDisplay();

    public abstract Computer getComputer();
}

第三步:实体构建者类,我们可以根据要构建的产品种类产生多了实体构建者类,这里我们需要构建两种品牌的电脑,苹果电脑和联想电脑,所以我们生成了两个实体构建者类。

苹果电脑构建者类

public class MacComputerBuilder extends ComputerBuilder {
    private Computer computer;
    public MacComputerBuilder(String cpu, String ram) {
        computer = new Computer(cpu, ram);
    }
    @Override
    public void setUsbCount() {
        computer.setUsbCount(2);
    }
    @Override
    public void setKeyboard() {
        computer.setKeyboard("苹果键盘");
    }
    @Override
    public void setDisplay() {
        computer.setDisplay("苹果显示器");
    }
    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

联想电脑构建者类

public class LenovoComputerBuilder extends ComputerBuilder {
    private Computer computer;
    public LenovoComputerBuilder(String cpu, String ram) {
        computer=new Computer(cpu,ram);
    }
    @Override
    public void setUsbCount() {
        computer.setUsbCount(4);
    }
    @Override
    public void setKeyboard() {
        computer.setKeyboard("联想键盘");
    }
    @Override
    public void setDisplay() {
        computer.setDisplay("联想显示器");
    }
    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

第四步:指导者类(Director)

public class ComputerDirector {
    public void makeComputer(ComputerBuilder builder){
        builder.setUsbCount();
        builder.setDisplay();
        builder.setKeyboard();
    }
}

使用

首先生成一个director (1),然后生成一个目标builder (2),接着使用director组装builder (3),组装完毕后使用builder创建产品实例 (4)。

public static void main(String[] args) {
        ComputerDirector director=new ComputerDirector();//1
        ComputerBuilder builder=new MacComputerBuilder("I5处理器","三星125");//2
        director.makeComputer(builder);//3
        Computer macComputer=builder.getComputer();//4
        System.out.println("mac computer:"+macComputer.toString());

        ComputerBuilder lenovoBuilder=new LenovoComputerBuilder("I7处理器","海力士222");
        director.makeComputer(lenovoBuilder);
        Computer lenovoComputer=lenovoBuilder.getComputer();
        System.out.println("lenovo computer:"+lenovoComputer.toString());
}

输出结果如下:

mac computer:Computer{cpu='I5处理器', ram='三星125', usbCount=2, keyboard='苹果键盘', display='苹果显示器'}
lenovo computer:Computer{cpu='I7处理器', ram='海力士222', usbCount=4, keyboard='联想键盘', display='联想显示器'}

可以看到,文章最开始的使用方式是传统builder模式的变种, 首先其省略了director 这个角色,将构建算法交给了client端,其次将builder 写到了要构建的产品类里面,最后采用了链式调用。

总结

设计模式值得你刻意练习!

最后,求关注,求点赞!有任何疑问可以评论留言,我会尽力回复的

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