23种设计模式之建造者模式
目录
在软件开发过程中有时需要创建一个复杂的对象，这个复杂对象通常由多个子部件按一定的步骤组合而成。例如，计算机是由 CPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。
生活中这样的例子很多，如游戏中的不同角色，其性别、个性、能力、脸型、体型、服装、发型等特性都有所差异；还有汽车中的方向盘、发动机、车架、轮胎等部件也多种多样；每封电子邮件的发件人、收件人、主题、内容、附件等内容也各不相同。
以上所有这些产品都是由多个部件构成的，各个部件可以灵活选择，但其创建步骤都大同小异。这类产品的创建无法用前面介绍的工厂模式描述，只有建造者模式可以很好地描述该类产品的创建。
模式的定义与特点
建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。
它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。
该模式的主要优点如下：
- 封装性好，构建和表示分离。
- 扩展性好，各个具体的建造者相互独立，有利于系统的解耦。
- 客户端不必知道产品内部组成的细节，建造者可以对创建过程逐步细化，而不对其它模块产生任何影响，便于控制细节风险。
其缺点如下：
- 产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
- 如果产品的内部变化复杂，如果产品内部发生变化，则建造者也要同步修改，后期维护成本较大。
建造者（Builder）模式和工厂模式的关注点不同：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的创建过程，但两者可以结合使用。
模式的由来
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。
实现方式
- 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。
- 在Computer中创建一个private的构造函数，参数为Builder类型
- 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。 - 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
- 在Builder中创建一个
build()方法，在其中构建Computer的实例并返回
public class Computer {
private final String cpu;//必须
private final String ram;//必须
private final int usbCount;//可选
private final String keyboard;//可选
private final 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);
}
}
//省略getter方法
}使用方式
//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();模式的结构与实现
建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成，现在我们来分析其基本结构和实现方法。
模式的结构
建造者（Builder）模式的主要角色如下。
- 产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个零部件。
- 抽象建造者（Builder）：它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
- 具体建造者(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。
- 指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。
模式的实现
其相关类的代码如下。
(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。
class Product {
private String partA;
private String partB;
private String partC;
public void setPartA(String partA) {
this.partA = partA;
}
public void setPartB(String partB) {
this.partB = partB;
}
public void setPartC(String partC) {
this.partC = partC;
}
public void show() {
//显示产品的特性
}
}(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。
abstract class Builder {
//创建产品对象
protected Product product = new Product();
public abstract void buildPartA();
public abstract void buildPartB();
public abstract void buildPartC();
//返回产品对象
public Product getResult() {
return product;
}
}(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。
public class ConcreteBuilder extends Builder {
public void buildPartA() {
product.setPartA("建造 PartA");
}
public void buildPartB() {
product.setPartB("建造 PartB");
}
public void buildPartC() {
product.setPartC("建造 PartC");
}
}(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。
class Director {
private Builder builder;
public Director(Builder builder) {
this.builder = builder;
}
//产品构建与组装方法
public Product construct() {
builder.buildPartA();
builder.buildPartB();
builder.buildPartC();
return builder.getResult();
}
}(5) 客户类。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Builder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director(builder);
Product product = director.construct();
product.show();
}
}模式的应用场景
建造者模式唯一区别于工厂模式的是针对复杂对象的创建。也就是说，如果创建简单对象，通常都是使用工厂模式进行创建，而如果创建复杂对象，就可以考虑使用建造者模式。
当需要创建的产品具备复杂创建过程时，可以抽取出共性创建过程，然后交由具体实现类自定义创建流程，使得同样的创建行为可以生产出不同的产品，分离了创建与表示，使创建产品的灵活性大大增加。
建造者模式主要适用于以下应用场景：
- 相同的方法，不同的执行顺序，产生不同的结果。
- 多个部件或零件，都可以装配到一个对象中，但是产生的结果又不相同。
- 产品类非常复杂，或者产品类中不同的调用顺序产生不同的作用。
- 初始化一个对象特别复杂，参数多，而且很多参数都具有默认值。
建造者模式和工厂模式的区别
- 建造者模式更加注重方法的调用顺序，工厂模式注重创建对象。
- 创建对象的力度不同，建造者模式创建复杂的对象，由各种复杂的部件组成，工厂模式创建出来的对象都一样
- 关注重点不一样，工厂模式只需要把对象创建出来就可以了，而建造者模式不仅要创建出对象，还要知道对象由哪些部件组成。
- 建造者模式根据建造过程中的顺序不一样，最终对象部件组成也不一样。
模式的扩展
建造者（Builder）模式在应用过程中可以根据需要改变，如果创建的产品种类只有一种，只需要一个具体建造者，这时可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指挥者角色。
lombok的@Builder注解实现建造者模式
@Builder自lombok v1.16.8起，使用可以添加明确的方法
@Builder注解为你的类提供复杂的建造者模式 API。
@Builder 使你可以自动生成使您的类可实例化的代码，例如：
Person.builder()
.name("AdamSavage")
.city("SanFrancisco")
.job("Mythbusters")
.job("Unchained Reaction")
.build();使用位置
@Builder可以放在类，构造器或方法上。虽然“基于类”和“基于构造器”模式是最常见的用例，但使用“方法”用例最容易解释。