建造者模式 (Builder Pattern) 也叫做生成器模式,其定义如下:
Separate the construction of a complex object from its representation so that the sameconstruction process can create different representations.
将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
产品类还可以配合模板方法模式使用
public class Product {
public void doSomething(){
// 独立业务处理
}
}
public abstract class Builder {
// 设置产品的不同部分,以获得不同的产品
public abstract void setPart();
// 建造产品
public abstract Product buildProduct();
}
public class ConcreteProduct extends Builder {
private Product product = new Product();
// 设置产品零件
public void setPart() {
/*
* 产品类内的逻辑处理
*/
}
//组建一个产品
public Product buildProduct() {
return product;
}
}
public class Director {
private Builder builder = new ConcreteProduct();
// 构建不同的产品
public Product getAProduct() {
builder.setPart();
/*
* 设置不同的零件,产生不同的产品
*/
return builder.buildProduct();
}
}
在建造者模式中,有如下 4 个角色:
-
Product 产品类
通常是实现了模板方法模式,也就是有模板方法和基本方法,这个参考第 10 章的模板方法模式。
-
Builder 抽象建造者
规范产品的组建,一般是由子类实现。
-
ConcreteBuilder 具体建造者
实现抽象类定义的所有方法,并且返回一个组建好的对象。
-
Director 导演类
负责安排已有模块的顺序,然后告诉 Builder 开始建造。
public abstract class CarModel {
 // 这个参数是各个基本方法执行的顺序
private ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>();
// 模型是启动开始跑了
protected abstract void start();
// 能发动,还要能停下来,那才是真本事
protected abstract void stop();
// 喇叭会出声音,是滴滴叫,还是哔哔叫
protected abstract void alarm();
// 引擎会轰隆隆地响,不响那是假的
protected abstract void engineBoom();
// 那模型应该会跑吧,别管是人推的,还是电力驱动,总之要会跑
final public void run() {
// 循环一边,谁在前,就先执行谁
for (int i = 0; i < this.sequence.size(); i++) {
String actionName = this.sequence.get(i);
if (actionName.equalsIgnoreCase("start")) {
this.start(); // 启动汽车
} else if(actionName.equalsIgnoreCase("stop")) {
this.stop(); // 停止汽车
} else if(actionName.equalsIgnoreCase("alarm")) {
this.alarm(); // 喇叭开始叫了
} else if(actionName.equalsIgnoreCase("engine boom")) {
this.engineBoom(); // 引擎开始轰鸣
}
}
}
// 把传递过来的值传递到类内
final public void setSequence(ArrayList sequence) {
this.sequence = sequence;
}
}
public class BenzModel extends CarModel {
protected void alarm() {
System.out.println("奔驰车的喇叭声音是这个样子的...");
}
protected void engineBoom() {
System.out.println("奔驰车的引擎是这个声音的...");
}
protected void start() {
System.out.println("奔驰车跑起来是这个样子的...");
}
protected void stop() {
System.out.println("奔驰车应该这样停车...");
}
}
public abstract class CarBuilder {
// 建造一个模型,你要给我一个顺序要求,就是组装顺序
public abstract void setSequence(ArrayList<String> sequence);
// 设置完毕顺序后,就可以直接拿到这个车辆模型
public abstract CarModel getCarModel();
}
public class BenzBuilder extends CarBuilder {
private BenzModel benz = new BenzModel();
public CarModel getCarModel() {
return this.benz;
}
public void setSequence(ArrayList<String> sequence) {
this.benz.setSequence(sequence);
}
}
public class Director {
private ArrayList<String> sequence = new ArrayList();
private BenzBuilder benzBuilder = new BenzBuilder();
private BMWBuilder bmwBuilder = new BMWBuilder();
/*
* A类型的奔驰车模型,先start,然后stop,其他什么引擎、喇叭一概没有
*/
public BenzModel getABenzModel() {
// 清理场景,这里是一些初级程序员不注意的地方
this.sequence.clear();
// ABenzModel的执行顺序
this.sequence.add("start");
this.sequence.add("stop");
// 按照顺序返回一个奔驰车
this.benzBuilder.setSequence(this.sequence);
return (BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel();
}
/*
* B型号的奔驰车模型,是先发动引擎,然后启动,然后停止,没有喇叭
*/
public BenzModel getBBenzModel(){
this.sequence.clear();
this.sequence.add("engine boom");
this.sequence.add("start");
this.sequence.add("stop");
this.benzBuilder.setSequence(this.sequence);
return (BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel();
}
/*
* C型号的宝马车是先按下喇叭(炫耀嘛),然后启动,然后停止
*/
public BMWModel getCBMWModel(){
this.sequence.clear();
this.sequence.add("alarm");
this.sequence.add("start");
this.sequence.add("stop");
this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence);
return (BMWModel)this.bmwBuilder.getCarModel();
}
/*
* D类型的宝马车只有一个功能,就是跑,启动起来就跑,永远不停止
*/
public BMWModel getDBMWModel(){
this.sequence.clear();
this.sequence.add("start");
this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence);
return (BMWModel)this.benzBuilder.getCarModel();
}
/*
* 这里还可以有很多方法,你可以先停止,然后再启动,或者一直停着不动,静态的嘛
* 导演类嘛,按照什么顺序是导演说了算
*/
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Director director = new Director();
// 1万辆A类型的奔驰车
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
director.getABenzModel().run();
}
// 100万辆B类型的奔驰车
for(int i = 0; i < 1000000; i++) {
director.getBBenzModel().run();
}
// 1000万辆C类型的宝马车
for(int i = 0; i < 10000000; i++) {
director.getCBMWModel().run();
}
}
}
// 车模功能字面量枚举
type CarSequence = "start" | "stop" | "alarm" | "engineBoom";
// 抽象车模
abstract class CarModel {
// 这个参数是各个基本方法执行的顺序
private sequence: CarSequence[] = [];
// 模型是启动开始跑了
protected abstract start(): void;
// 能发动,还要能停下来,那才是真本事
protected abstract stop(): void;
// 喇叭会出声音,是滴滴叫,还是哔哔叫
protected abstract alarm(): void;
// 引擎会轰隆隆地响,不响那是假的
protected abstract engineBoom(): void;
// 那模型应该会跑吧,别管是人推的,还是电力驱动,总之要会跑
run() {
for (let i = 0; i < this.sequence.length; i++) {
const seqName = this.sequence[i];
if (typeof this[seqName] === "function") {
this[seqName]();
}
}
}
// 把传递过来的值传递到类内
setSequence(seq: CarSequence[]) {
this.sequence = seq;
}
}
// 奔驰车模
class BenzModel extends CarModel {
protected alarm() {
console.log("奔驰车的喇叭声音是这个样子的...");
}
protected engineBoom() {
console.log("奔驰车的引擎是这个声音的...");
}
protected start() {
console.log("奔驰车跑起来是这个样子的...");
}
protected stop() {
console.log("奔驰车应该这样停车...");
}
}
// 抽象汽车组装类
abstract class CarBuilder {
abstract setSequence(seq: CarSequence[]): void;
abstract getCarModel(): CarModel;
}
// 奔驰车组装类
class BenzBuilder extends CarBuilder {
private benzModel: BenzModel = new BenzModel();
getCarModel() {
return this.benzModel;
}
setSequence(seq: CarSequence[]) {
this.benzModel.setSequence(seq);
}
}
// 导演类(如果只有一个导演,也可以使用单例模式)
class Director {
private sequence: CarSequence[] = [];
private benzBuilder: BenzBuilder = new BenzBuilder();
/*
* A类型的奔驰车模型,先start,然后stop,其他什么引擎、喇叭一概没有
*/
getABenzModel() {
// 清理场景,这里是一些初级程序员不注意的地方
this.sequence = [];
// ABenzModel的执行顺序
this.sequence.push("start");
this.sequence.push("stop");
// 按照顺序返回一个奔驰车
this.benzBuilder.setSequence(this.sequence);
return this.benzBuilder.getCarModel();
}
/*
* B型号的奔驰车模型,是先发动引擎,然后启动,然后停止,没有喇叭
*/
getBBenzModel() {
this.sequence = [];
this.sequence.push("engineBoom");
this.sequence.push("start");
this.sequence.push("stop");
this.benzBuilder.setSequence(this.sequence);
return this.benzBuilder.getCarModel();
}
/*
* 这里还可以有很多方法,你可以先停止,然后再启动,或者一直停着不动,静态的嘛
* 导演类嘛,按照什么顺序是导演说了算
*/
}
// 造车场景方法
function makeSomeCar() {
const director = new Director();
// 2辆A类型的奔驰车
for (let i = 0; i < 2; i++) {
director.getABenzModel().run();
}
// 3辆B类型的奔驰车
for (let i = 0; i < 3; i++) {
director.getBBenzModel().run();
}
}
makeSomeCar();
建造者模式关注的是零件类型和装配工艺(顺序),这是它与工厂方法模式最大不同的地方,虽然同为创建类模式,但是注重点不同。
建造者模式最主要的功能是基本方法的调用顺序安排,也就是这些基本方法已经实现了,通俗地说就是零件的装配,顺序不同产生的对象也不同;而工厂方法则重点是创建,创建对象是它的主要职责,零件的组装顺序则不是它关心的。
我在stackoverflow上找到了一个不错的例子:
// Factory
static class FruitFactory {
static Fruit create(name, color, firmness) {
// Additional logic
return new Fruit(name, color, firmness);
}
}
// Usage
Fruit fruit = FruitFactory.create("apple", "red", "crunchy");
// Builder
class FruitBuilder {
String name, color, firmness;
FruitBuilder setName(name) { this.name = name; return this; }
FruitBuilder setColor(color) { this.color = color; return this; }
FruitBuilder setFirmness(firmness) { this.firmness = firmness; return this; }
Fruit build() {
return new Fruit(this); // Pass in the builder
}
}
// Usage
Fruit fruit = new FruitBuilder()
.setName("apple")
.setColor("red")
.setFirmness("crunchy")
.build();
-
相同的方法,不同的执行顺序,产生不同的事件结果时,可以采用建造者模式。
-
多个部件或零件,都可以装配到一个对象中,但是产生的运行结果又不相同时,则可以使用该模式。
-
产品类非常复杂,或者产品类中的调用顺序不同产生了不同的效能,这个时候使用建造者模式非常合适。
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在对象创建过程中会使用到系统中的一些其他对象,这些对象在产品对象的创建过程中不易得到时,也可以采用建造者模式封装该对象的创建过程。该种场景只能是一个补偿方法,因为一个对象不容易获得,而在设计阶段竟然没有发觉,而要通过创建者模式柔化创建过程,本身已经违反设计的最初目标。
建造者模式中还有一个角色没有说明,就是零件,建造者怎么去建造一个对象?是零件的组装,组装顺序不同对象效能也不同,这才是建造者模式要表达的核心意义,而怎么才能更好地达到这种效果呢?引入模板方法模式是一个非常简单而有效的办法。
再次说明,在使用建造者模式的时候考虑一下模板方法模式,别孤立地思考一个模式,僵化地套用一个模式会让你受害无穷!
如果你已经看懂本书举的例子,并认可这种建造者模式,那你就放心使用,比单独使用建造者高效、简洁得多。
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Single Responsibility Principle (SRP, 单一职责原则)
一个建造者只创建一类产品,符合 SRP。
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Open Closed Principle (OCP, 开闭原则)
建造者相对独立,容易扩展,符合 OCP。
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Liskov Substitution Principle (LSP, 里氏替换原则)
在导演类中都是使用抽象建造者,符合 LSP。
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Law of Demeter (LoD, 迪米特法则)
我认为建造者模式满足 LoD。回顾上述的简易水果构造者:
// Builder class FruitBuilder { String name, color, firmness; FruitBuilder setName(name) { this.name = name; return this; } FruitBuilder setColor(color) { this.color = color; return this; } FruitBuilder setFirmness(firmness) { this.firmness = firmness; return this; } Fruit build() { return new Fruit(this); // Pass in the builder } } // Usage Fruit fruit = new FruitBuilder() .setName("apple") .setColor("red") .setFirmness("crunchy") .build();
可以发现,类似上述的链式调用,前面返回的都是 Builder 自身,最后返回的是 Builder 内部创建的 Fruit 对象。这是满足迪米特法则“朋友”的定义的。
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Interface Segragation Principle (ISP, 接口隔离原则)
没有提及。
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Dependency Inversion Principle (DIP, 依赖倒置原则)
建造者模式可以使用抽象建造者来实现面向接口编程,符合 ISP。