结构型设计模式之建造者模式

概述

将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

1、分离了部件的构造(由Builder来负责)和装配(由Director负责)。 从而可以构造出复杂的对象。这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况。
2、 由于实现了构建和装配的解耦。不同的构建器，相同的装配，也可以做出不同的对象；相同的构建器，不同的装配顺序也可以做出不同的对象。也就是实现了构建算法、装配算法的解耦，实现了更好的复用。
3、 建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。

结构

建造者（Builder）模式包含如下角色：

1、抽象建造者类（Builder）：这个接口规定要实现复杂对象的那些部分的创建，并不涉及具体的部件对象的创建。 

2、具体建造者类（ConcreteBuilder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。在构造过程完成后，提供产品的实例。 

3、产品类（Product）：要创建的复杂对象。

4、指挥者类（Director）：调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建。 

类图如下：

 实例

创建共享单车

生产自行车是一个复杂的过程，它包含了车架，车座等组件的生产。而车架又有碳纤维，铝合金等材质 的，车座有橡胶，真皮等材质。对于自行车的生产就可以使用建造者模式。

这里Bike是产品，包含车架，车座等组件；Builder是抽象建造者，MobikeBuilder和 OfoBuilder是具体的建造者；Director是指挥者。

类图如下：

 代码实现

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29 
 * @description: 自行车类
 **/
public class Bike {
    /**
     * 车架
     */
    private String frame;
    /**
     * 车座
     */
    private String seat;

    public String getFrame() {
        return frame;
    }

    public void setFrame(String frame) {
        this.frame = frame;
    }

    public String getSeat() {
        return seat;
    }

    public void setSeat(String seat) {
        this.seat = seat;
    }
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29 
 * @description: 抽象建造者类
 **/
public abstract class Builder {
    protected Bike mBike;

    /**
     * 组装车架
     */
    abstract void buildFrame();

    /**
     * 组装车座
     */
    abstract void buildSeat();

    /**
     * 建造自行车
     * @return 返回自行车对象
     */
    abstract Bike createBike();
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29 
 * @description: 摩拜自行车建造者类
 **/
public class MobikeBuilder extends Builder{

    public MobikeBuilder(Bike bike) {
        this.mBike = bike;
    }

    @Override
    void buildFrame() {
        mBike.setFrame("铝合金车架");
    }

    @Override
    void buildSeat() {
        mBike.setSeat("真皮车座");
    }

    @Override
    Bike createBike() {
        return mBike;
    }
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29
 * @description: ofo自行车建造者类
 **/
public class OfoBuilder extends Builder{

    public OfoBuilder(Bike bike){
        this.mBike = bike;
    }


    @Override
    void buildFrame() {
        mBike.setFrame("碳纤维车架");
    }

    @Override
    void buildSeat() {
        mBike.setSeat("橡胶车座");
    }

    @Override
    Bike createBike() {
        return mBike;
    }
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29
 * @description: 指挥者类
 **/
public class Director {
    private Builder builder;

   public void setBuilder(Builder builder){
       this.builder = builder;
   }

    public Builder getBuilder() {
        return builder;
    }

    /**
     * 指挥建造者类组装自行车的方法
     * @return 具体的自行车对象
     */
    public Bike construct(){
        builder.buildFrame();
        builder.buildSeat();
        return builder.createBike();
    }
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29
 * @description: 模拟建造自行车
 **/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建指挥者对象
        Director director = new Director();
        //创建未具体化的自行车对象
        Bike bike = new Bike();
        //摩拜自行车建造者对象
        MobikeBuilder mobikeBuilder = new MobikeBuilder(bike);
        //注入建造者对象对象
        director.setBuilder(mobikeBuilder);
        //组装自行车，得到具体的自行车对象
        Bike moBike = director.construct();
        System.out.println("摩拜自行车的车架" + moBike.getFrame());
        System.out.println("摩拜自行车的车座" + moBike.getSeat());

        //创建ofo自行车建造者对象
        OfoBuilder ofoBuilder = new OfoBuilder(bike);
        director.setBuilder(ofoBuilder);
        Bike ofoBike = director.construct();
        System.out.println("ofo自行车的车架" + ofoBike.getFrame());
        System.out.println("ofo自行车的车座" + ofoBike.getSeat());
    }
}

测试结果：

 注意： 上面示例是 Builder模式的常规用法，指挥者类 Director 在建造者模式中具有很重要的作用，它 用于指导具体构建者如何构建产品，控制调用先后次序，并向调用者返回完整的产品类，但是有些情况 下需要简化系统结构，可以把指挥者类和抽象建造者进行结合

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29
 * @description: 抽象建造者类
 **/
public abstract class Builder {
    protected Bike mBike;

    /**
     * 组装车架
     */
    abstract void buildFrame();

    /**
     * 组装车座
     */
    abstract void buildSeat();

    /**
     * 建造自行车
     * @return 返回自行车对象
     */
    abstract Bike createBike();

    /**
     * 组装自行车
     * @return 具体的自行车对象
     */
    public Bike construct(){
        this.buildFrame();
        this.buildSeat();
        return this.createBike();
    }
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29 
 * @description: 模拟建造自行车
 **/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建未具体化的自行车对象
        Bike bike = new Bike();
        //摩拜自行车建造者对象
        MobikeBuilder mobikeBuilder = new MobikeBuilder(bike);
        //组装自行车，得到具体的自行车对象
        Bike moBike = mobikeBuilder.construct();
        System.out.println("摩拜自行车的车架" + moBike.getFrame());
        System.out.println("摩拜自行车的车座" + moBike.getSeat());

        //创建ofo自行车建造者对象
        OfoBuilder ofoBuilder = new OfoBuilder(bike);
        Bike ofoBike = ofoBuilder.construct();
        System.out.println("ofo自行车的车架" + ofoBike.getFrame());
        System.out.println("ofo自行车的车座" + ofoBike.getSeat());
    }
}

 测试结果：

 分析： 这样做确实简化了系统结构，但同时也加重了抽象建造者类的职责，也不是太符合单一职责原则，如果 construct() 过于复杂，建议还是封装到 Director 中。

模式扩展

建造者模式除了上面的用途外，在开发中还有一个常用的使用方式，就是当一个类构造器需要传入很多 参数时，如果创建这个类的实例，代码可读性会非常差，而且很容易引入错误，此时就可以利用建造者 模式进行重构。

重构前代码如下：

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29 
 * @description: 手机类
 **/
public class Phone {
    /**
     * cpu
     */
    private String cpu;
    /**
     * 屏幕
     */
    private String screen;
    /**
     * 内存
     */
    private String memory;
    /**
     * 主板
     */
    private String mainBoard;

    public Phone(String cpu, String screen, String memory, String mainBoard) {
        this.cpu = cpu;
        this.screen = screen;
        this.memory = memory;
        this.mainBoard = mainBoard;
    }

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }

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

    public String getScreen() {
        return screen;
    }

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

    public String getMemory() {
        return memory;
    }

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

    public String getMainBoard() {
        return mainBoard;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Phone{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", screen='" + screen + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", mainBoard='" + mainBoard + '\'' +
                '}';
    }

    /**
     * 测试
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        //构造手机对象
        Phone phone = new Phone("麒麟980", "4K", "128G", "华为");
        System.out.println(phone);
    }
}

上面在测试方法中构建Phone对象，传递了四个参数，如果参数更多呢？代码的可读性及使用的成本 就是比较高。

重构代码后：

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29
 * @description: 使用建造模式思想优化后的手机类
 **/
public class NewPhone {
    /**
     * cpu
     */
    private String cpu;
    /**
     * 屏幕
     */
    private String screen;
    /**
     * 内存
     */
    private String memory;
    /**
     * 主板
     */
    private String mainBoard;

    /**
     * 手机类私有构造器
     * @param builder 内部建造者类对象
     */
    private NewPhone(Builder builder){
        this.cpu = builder.cpu;
        this.screen = builder.screen;
        this.memory = builder.memory;
        this.mainBoard = builder.mainBoard;
    }

    /**
     * 内部建造者类
     */
    public static class Builder{
        private String cpu;
        private String screen;
        private String memory;
        private String mainBoard;

        public Builder(){
        }
        //设置cpu
        public Builder cpu(String cpu){
            this.cpu = cpu;
            return this;
        }
        //设置屏幕
        public Builder screen(String screen){
            this.screen = screen;
            return this;
        }
        //设置内存
        public Builder memory(String memory){
            this.memory = memory;
            return this;
        }
        //设置主板
        public Builder mainBoard(String mainBoard){
            this.mainBoard = mainBoard;
            return this;
        }
        //构造手机对象
        public NewPhone build(){
            return new NewPhone(this);
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "NewPhone{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", screen='" + screen + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", mainBoard='" + mainBoard + '\'' +
                '}';
    }
}

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-29
 * @description: 测试类
 **/
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        NewPhone newPhone = new NewPhone.Builder()
                .cpu("麒麟880")
                .screen("2K")
                .memory("64G")
                .mainBoard("华为")
                .build();
        System.out.println(newPhone);
    }
}

重构后的代码在使用起来更方便，可读性更好，某种程度上也可以提高开发效率。

  以上是个人随手敲的demo，如有不正确的地方，可以在下方留言指正，谢谢。与各位优快云的伙伴们共勉，每天记录一点点，每天进步一点点