设计模式-建造者模式

引言

在软件开发过程中，我们经常面临着构建复杂对象的问题。这些对象可能具有多个属性，并且在创建过程中可能需要进行一系列复杂的初始化步骤。为了简化这个过程，我们可以使用设计模式中的建造者模式。

建造者模式是一种创建型模式，它将对象的构建过程与其表示分离，以便相同的构建过程可以创建不同的表示。在本文中，我们将深入探讨建造者模式的概念、结构和用法，并通过具体的示例来说明其实际应用。

建造者模式的概念

建造者模式，，又叫生成器模式，通过将对象的构建过程委派给不同的建造者，从而使得每个建造者只负责完成特定部分的构建工作。这样一来，我们可以将复杂对象的构建过程分解为多个简单的步骤，每个步骤由对应的建造者来完成。最终，所有的建造者协同工作，完成整个对象的构建。

建造者模式的结构

建造者模式由以下几个核心角色组成：

产品（Product）：表示被构建的复杂对象。该对象通常包含多个属性，这些属性可能在构建过程中被设置。

抽象建造者（Builder）：定义了构建复杂对象的抽象接口。该接口包含了构建对象各个部分的方法。

具体建造者（Concrete Builder）：实现了建造者接口。该类负责构建复杂对象的各个部分，并提供一个方法用于返回构建完成的对象。

指挥者（Director）：负责使用建造者接口构建复杂对象。它不直接与产品交互，而是通过调用建造者的方法来构建对象。

以下是建造者模式的结构示意图：

建造者模式的应用场景

建造者模式适用于以下情况：

当需要构建的对象具有复杂的内部结构，并且需要按照一定的顺序进行构建时，可以使用建造者模式来简化构建过程。

当需要创建的对象可以有不同的表示时，可以使用建造者模式来隔离对象的构建和表示，从而使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

示例：构建汽车对象

为了更好地理解建造者模式，让我们以构建汽车对象为例进行说明。假设我们需要构建一辆汽车，该汽车具有以下属性：品牌、型号、颜色和价格。

首先，我们定义汽车对象的属性及其访问器方法：

public class Car {

private String brand;

private String model;

private String color;

private double price;

// 省略属性的访问器方法

}

然后，我们定义抽象建造者接口，该接口包含构建汽车各个部分的抽象方法：

public interface CarBuilder {

void buildBrand(String brand);

void buildModel(String model);

void buildColor(String color);

void buildPrice(double price);

Car getResult();

}

接下来，我们实现具体建造者类，负责构建汽车对象的各个部分：

public class SedanCarBuilder implements CarBuilder {

private Car car;

public SedanCarBuilder() {

this.car = new Car();

}

@Override

public void buildBrand(String brand) {

car.setBrand(brand);

}

@Override

public void buildModel(String model) {

car.setModel(model);

}

@Override

public void buildColor(String color) {

car.setColor(color);

}

@Override

public void buildPrice(double price) {

car.setPrice(price);

}

@Override

public Car getResult() {

return car;

}

}

最后，我们定义指挥者类，负责使用建造者接口构建复杂对象：

public class CarDirector {

public Car buildCar(CarBuilder builder, String brand, String model, String color, double price) {

builder.buildBrand(brand);

builder.buildModel(model);

builder.buildColor(color);

builder.buildPrice(price);

return builder.getResult();

}

}

现在，我们可以通过以下代码来构建汽车对象：

CarBuilder builder = new SedanCarBuilder();

CarDirector director = new CarDirector();

Car car = director.buildCar(builder, "Toyota", "Camry", "Red", 30000.0);

System.out.println(car.getBrand());  // 输出：Toyota

System.out.println(car.getModel());  // 输出：Camry

System.out.println(car.getColor());  // 输出：Red

System.out.println(car.getPrice());  // 输出：30000.0

通过使用建造者模式，我们可以将复杂对象的构建过程与其表示分离，使得构建过程更加灵活和可控。

对象构建

在日常开发中，你是不是会经常看到下面这种代码:

return new Docket(DocumentationType.SWAGGER_2)

.apiInfo(apiInfo())

.select()

.apis(RequestHandlerSelectors.basePackage("com.curry.springbootswagger.controller"))

.paths(PathSelectors.any())

.build();

是不是很优美？学会了 Builder 模式之后，你也可以通过这种方式进行对象构建。它是通过变种的 Builder 模式实现的。先不解释了，我们先用 Builder 模式来实现跟上述的对象构建，使用学生类为例。

学生对象代码：

public class Student {

private String name;

private int age;

private int num;

private String email;

// 提供一个静态builder方法

public static Student.Builder builder() {

return new Student.Builder();

}

// 外部调用builder类的属性接口进行设值。

public static class Builder{

private String name;

private int age;

private int num;

private String email;

public Builder name(String name) {

this.name = name;

return this;

}

public Builder age(int age) {

this.age = age;

return this;

}

public Builder num(int num) {

this.num = num;

return this;

}

public Builder email(String email) {

this.email = email;

return this;

}

public Student build() {

// 将builder对象传入到学生构造函数

return new Student(this);

}

}

// 私有化构造器

private Student(Builder builder) {

name = builder.name;

age = builder.age;

num = builder.num;

email = builder.email;

}

@Override

public String toString() {

return "Student{" +

"name='" + name + '\'' +

", age=" + age +

", num=" + num +

", email='" + email + '\'' +

'}';

}

}

调用代码：

public static void student(){

Student student = Student.builder().name("平头哥").num(1).age(18).email("平头哥@163.com").build();

System.out.println(student);

}

可以看到，变种 Builder 模式包括以下内容：

在要构建的类内部创建一个静态内部类 Builder

静态内部类的参数与构建类一致

构建类的构造参数是 静态内部类，使用静态内部类的变量一一赋值给构建类

静态内部类提供参数的 setter 方法，并且返回值是当前 Builder 对象

最终提供一个 build 方法构建一个构建类的对象，参数是当前 Builder 对象

可能你会说，这种写法实现太麻烦了，确实需要我们写很多额外的代码，好在前辈们已经开发出了lombok来拯救我们，我们只需要引入lombok插件，然后在实体类上添加@Builder注解，你就可以使用 Builder 模式构建对象了。

总结

建造者模式是一种创建型模式，它将对象的构建过程与其表示分离。通过使用建造者模式，我们可以将复杂对象的构建过程分解为多个简单的步骤，从而使得构建过程更加灵活和可控。

在实际应用中，建造者模式常常用于构建复杂的对象，例如：XML解析器、SQL查询生成器等。

建造者模式的优缺点

优点

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

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”

缺点

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。