設計模式【4】-- 建造者模式詳解

開局一張圖，剩下全靠寫...

引言

設計模式集合：http://aphysia.cn/categories/designpattern

如果你用過 Mybatis ，相信你對以下代碼的寫法並不陌生,先創建一個builder對象，然后再調用.build()函數：

InputStream is = Resources.getResourceAsStream("mybatis.xml");
SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(is);
SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();

上面其實就是我們這篇文章所要講解的 建造者模式,下面讓我們一起來琢磨一下它。

什么是建造者模式

建造者模式是設計模式的一種，將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。(來源於百度百科)

建造者模式，其實是創建型模式的一種，也是23種設計模式中的一種，從上面的定義來看比較模糊，但是不得不承認，當我們有能力用簡潔的話去定義一個東西的時候，我們才是真的了解它了，因為這個時候我們已經知道它的界限在哪。

所謂將一個復雜對象的構建與它的表示分離，就是將對象的構建器抽象出來，構造的過程一樣，但是不一樣的構造器可以實現不一樣的表示。

結構與例子

建造者模式主要分為以下四種角色：

• 產品(Product)：具體生產器要構造的復雜對象
• 抽象生成器(Bulider)：抽象生成器是一個接口，創建一個產品各個部件的接口方法，以及返回產品的方法
• 具體建造者(ConcreteBuilder):按照自己的產品特性，實現抽象建造者對應的接口
• 指揮者(Director):創建一個復雜的對象，控制具體的流程

說到這里，可能會有點懵，畢竟全都是定義，下面從實際例子來講講，就拿程序員最喜歡的電腦來說，假設現在要生產多種電腦，電腦有屏幕，鼠標，cpu，主板，磁盤，內存等等，我們可能立馬就能寫出來：

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;
  	...
    public String getMouse() {
        return mouse;
    }

    public void setMouse(String mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }

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

上面的例子中，每一種屬性都使用單獨的set方法,要是生產不同的電腦的不同部件，具體的實現還不太一樣，這樣一個類實現起來貌似不是很優雅，比如聯想電腦和華碩電腦的屏幕的構建過程不一樣，而且這些部件的構建，理論上都是電腦的一部分，我們可以考慮流水線式的處理。

當然，也有另外一種實現，就是多個構造函數，不同的構造函數帶有不同的參數，實現了可選的參數：

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;

    public Computer(String screen) {
        this.screen = screen;
    }

    public Computer(String screen, String mouse) {
        this.screen = screen;
        this.mouse = mouse;
    }

    public Computer(String screen, String mouse, String cpu) {
        this.screen = screen;
        this.mouse = mouse;
        this.cpu = cpu;
    }
  	...
}

上面多種參數的構造方法，理論上滿足了按需構造的要求，但是還是會有不足的地方：

• 倘若構造每一個部件的過程都比較復雜，那么構造函數看起來就比較凌亂
• 如果有多種按需構造的要求，構造函數就太多了
• 構造不同的電腦類型，耦合在一塊,必須抽象出來

首先，我們先用流水線的方式，實現按需構造，不能重載那么多構造函數：

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;

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

    public Computer setMouse(String mouse) {
        this.mouse = mouse;
        return this;
    }

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

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

    public Computer setDisk(String disk) {
        this.disk = disk;
        return this;
    }

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

使用的時候，構造起來，就像是流水線一樣，一步一步構造就可以：

        Computer computer = new Computer()
                .setScreen("高清屏幕")
                .setMouse("羅技鼠標")
                .setCpu("i7處理器")
                .setMainBoard("聯想主板")
                .setMemory("32G內存")
                .setDisk("512G磁盤");

但是以上的寫法不夠優雅，既然構造過程可能很復雜，為何不用一個特定的類來構造呢？這樣構造的過程和主類就分離了，職責更加清晰，在這里內部類就可以了：

package designpattern.builder;

import javax.swing.*;

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;
    private String mainBoard;
    private String disk;
    private String memory;

    Computer(Builder builder) {
        this.screen = builder.screen;
        this.cpu = builder.cpu;
        this.disk = builder.disk;
        this.mainBoard = builder.mainBoard;
        this.memory = builder.memory;
        this.mouse = builder.mouse;
    }

    public static class Builder {
        private String screen;
        private String mouse;
        private String cpu;
        private String mainBoard;
        private String disk;
        private String memory;

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

        public Builder setMouse(String mouse) {
            this.mouse = mouse;
            return this;
        }

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

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

        public Builder setDisk(String disk) {
            this.disk = disk;
            return this;
        }

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

        public Computer build() {
            return new Computer(this);
        }
    }
}

使用的時候，使用builder來構建，構建完成之后，調用build的時候，再將具體的值，賦予我們需要的對象(這里是Computer):

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer.Builder()
                .setScreen("高清屏幕")
                .setMouse("羅技鼠標")
                .setCpu("i7處理器")
                .setMainBoard("聯想主板")
                .setMemory("32G內存")
                .setDisk("512G磁盤")
                .build();
        System.out.println(computer.toString());
    }
}

但是上面的寫法，如果我們構造多種電腦，每種電腦的配置不太一樣，構建的過程也不一樣，那么我們就必須將構造器抽象出來，變成一個抽象類。

首先我們定義產品類Computer：

public class Computer {
    private String screen;
    private String mouse;
    private String cpu;

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

    public void setMouse(String mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "screen='" + screen + '\'' +
                ", mouse='" + mouse + '\'' +
                ", cpu='" + cpu + '\'' +
                '}';
    }
}

定義一個抽象的構造類，用於所有的電腦類構造：

public abstract class Builder {
    abstract Builder buildScreen(String screen);
    abstract Builder buildMouse(String mouse);
    abstract Builder buildCpu(String cpu);

    abstract Computer build();
}

先構造一台聯想電腦，那聯想電腦必須實現自己的構造器，每一款電腦總有自己特殊的地方：

public class LenovoBuilder extends Builder {
    private Computer computer = new Computer();

    @Override
    Builder buildScreen(String screen) {
        computer.setScreen(screen);
        return this;
    }

    @Override
    Builder buildMouse(String mouse) {
        computer.setMouse(mouse);
        return this;
    }

    @Override
    Builder buildCpu(String cpu) {
        computer.setCpu(cpu);
        return this;
    }

    @Override
    Computer build() {
        System.out.println("構建中...");
        return computer;
    }
}

構建器有了，還需要有個指揮者，它負責去構建我們具體的電腦：

public class Director {
    Builder builder = null;
    public Director(Builder builder){
        this.builder = builder;
    }
    
    public void doProcess(String screen,String mouse,String cpu){
        builder.buildScreen(screen)
                .buildMouse(mouse)
                .buildCpu(cpu); 
    }
}

使用的時候，我們只需要先構建builder，然后把builder傳遞給指揮者，他負責具體的構建，構建完之后，構建器調用一下.build()方法，就可以創建出一台電腦。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        LenovoBuilder builder = new LenovoBuilder();
        Director director = new Director(builder);
        director.doProcess("聯想屏幕","游戲鼠標","高性能cpu");
        Computer computer = builder.build();
        System.out.println(computer);
    }
}

打印結果：

構建中...
Computer{screen='聯想屏幕', mouse='游戲鼠標', cpu='高性能cpu'}

以上其實就是完整的建造者模式，但是我們平時用的，大部分都是自己直接調用構建器Builder，一路set()，最后build()，就創建出了一個對象。

使用場景

構建這模式的好處是什么？首先想到的應該是將構建的過程解耦了，構建的過程如果很復雜，單獨拎出來寫，清晰簡潔。其次，每個部分的構建，其實都是可以獨立去創建的，不需要多個構造方法，構建的工作交給了構建器，而不是對象本身。專業的人做專業的事。同樣，構建者模式也比較適用於不同的構造方法或者構造順序，可能會產生不同的構造結果的場景。

但是缺點還是有的，需要維護多出來的Builder對象，如果多種產品之間的共性不多，那么抽象的構建器將會失去它該有的作用。如果產品類型很多，那么定義太多的構建類來實現這種變化，代碼也會變得比較復雜。

最近在公司用GRPC，里面的對象幾乎都是基於構建者模式，鏈式的構建確實寫着很舒服，也比較優雅，代碼是寫給人看的，我們所做的一切設計模式，都是為了拓展，解耦，以及避免代碼只能口口相傳。

【作者簡介】：
秦懷，公眾號【秦懷雜貨店】作者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。個人寫作方向：Java源碼解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分布式，劍指Offer，LeetCode等，認真寫好每一篇文章，不喜歡標題黨，不喜歡花里胡哨，大多寫系列文章，不能保證我寫的都完全正確，但是我保證所寫的均經過實踐或者查找資料。遺漏或者錯誤之處，還望指正。

劍指Offer全部題解PDF

2020年我寫了什么？

開源編程筆記