秒懂设计模式之建造者模式（Builder pattern）

男娘i 2022-04-23 05:06 181阅读 0赞

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> 出自：shusheng007

设计模式汇总篇，答应我先点赞再收藏：

[永不磨灭的设计模式（有这一篇真够了，拒绝标题党）][Link 1]

### 文章目录 ###

*  前言
 *  定义
 *  使用场景
 *  解决的问题
 *  如何实现
 *  如何使用
 *  案例
 *  扩展
 *   *  传统Builder 模式
     *  使用
 *  技术总结
 *  总结

# 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][Link 2]

**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 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;
        }
        //省略getter
        ...
        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][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1NodVNoZW5nMDAwNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
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。

# 技术总结 #

日常工作中最为常见的就是使用文章开头的变种，而不是传统模式。本文传统模式实例构建的对象是可变的，我们也可以将其写成不可变对象，以场景而定吧

# 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

**Github源码地址：**[design-patterns][]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/ShuSheng0007/article/details/115980889
[Link 2]: https://en.wikipedia.org/wiki/Builder_pattern
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[design-patterns]: https://github.com/shusheng007/design-patterns