建造者模式

一、前言

当一个类的内部数据过于复杂（通常是负责持有数据的类，比如Config、VO、PO、Entity...），要创建这个类的实例时，了解内部结构和装配，学习成本太高了。为方便更好的管理这个类的数据，以及代码的可读性好，Builder模式应运而生了，Builder模式可以将一个类的构建和表示进行分离。

二、什么是建造者模式

创建者模式又叫建造者模式，是将一个复杂的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。创建者模式隐藏了复杂对象的创建过程，它把复杂对象的创建过程加以抽象，通过子类继承或者重载的方式，动态的创建具有复合属性的对象。

三、为什么要使用建造者模式

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。

3.1、建造者模式解决了什么问题

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;//cup 必须
    private String ram;//内存 必须
    private int usbCount;//usb数量 可选
    private String keyboard;//键盘 可选
    private String display;//显示器 可选
}

1、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, "双飞燕键盘");
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount, String keyboard) {
        this(cpu, ram, usbCount, keyboard, "飞利浦显示器");
    }
    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;
    }
}

2、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。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，容易传混传错。 第二种方式在构建过程中对象的状态容易发生变化。因为类中的属性是分步设置，属性的值随时在变化，容易造成错误。

四、建造者模式的结构

建造者模式结构图.png

1、Product（产品角色）：最终要生成的对象，例如 Computer实例。
2、Builder（抽象构造者）：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()。
3、ConcreteBuilder（具体构造者）：Builder的实现类。
4、Director（指挥者）：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。

五、简化Builder方式代码示例

5.1、目标产品和构造者

public class Computer {
    private String cpu;//cup 必须
    private String ram;//内存 必须
    private int usbCount;//usb数量 可选
    private String keyboard;//键盘 可选
    private String display;//显示器 可选
    public Computer(Builder builder) {
        this.cpu=builder.cpu;
        this.ram=builder.ram;
        this.usbCount=builder.usbCount;
        this.keyboard=builder.keyboard;
        this.display=builder.display;
    }

    public static class Builder {
        private String cpu;//cup 必须
        private String ram;//内存 必须
        private int usbCount;//usb数量 可选
        private String keyboard;//键盘 可选
        private String display;//显示器 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);
        }
    }
}

5.2、客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args){
        Computer computer=new Computer.Builder("AMD","金士顿")
                .setDisplay("飞利浦24寸")
                .setKeyboard("双飞燕")
                .setUsbCount(3)
                .build();
    }
}

六、传统Builder模式代码示例

6.1、目标产品类

public class Computer {
    private String cpu;//cup 必须
    private String ram;//内存 必须
    private int usbCount;//usb数量 可选
    private String keyboard;//键盘 可选
    private String display;//显示器 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;
    }
}

6.2、抽象构造者类

public abstract class Builder {
    public abstract Builder usbCount (int usbCount);
    public abstract Builder keyboard (String keyboard);
    public abstract Builder display (String display);

    public abstract Computer getComputer();
}

6.3、具体构造者类

public class ComputerBuilder extends Builder {
    private Computer computer;

    public ComputerBuilder(String cpu, String ram) {
        this.computer = new Computer(cpu, ram);
    }
    @Override
    public Builder usbCount(int usbCount) {
        this.computer.setUsbCount(usbCount);
        return this;
    }
    @Override
    public Builder keyboard(String keyboard) {
        this.computer.setKeyboard(keyboard);
        return this;
    }
    @Override
    public Builder display(String display) {
        this.computer.setDisplay(display);
        return this;
    }
    @Override
    public Computer getComputer() {
        return this.computer;
    }
}

6.4、指挥者类

public class ComputerDirector {
    public Computer construct(Builder builder){
        return builder.getComputer();
    }
}

6.5、客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args){
        Builder builder = new ComputerBuilder("AMD", "金士顿")
                .usbCount(3)
                .keyboard("双飞燕")
                .display("飞利浦24寸");
        ComputerDirector director = new ComputerDirector();
        Computer computer = director.construct(builder);
    }
}

七、建造者模式的优缺点

7.1、优点

1、客户端不必知道产品内部的组成细节，将产品本身与产品的建造过程解耦，使得相同的建造过程可以建造不同的产品对象。
2、每个具体建筑者对象都是独立的，与其他的具体建造者无关，因此很方便地替换具体建筑者或者增加新的具体建造者。
3、可以更加精细地控制产品的建造过程。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，也更加方便使用程序来控制创建过程。

7.2、缺点

1、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。
2、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。

八、建造者和抽象工厂模式的区别

建造者模式完成的事，好像都可以通过抽象工厂模式完成，那么区别是什么？
1、与建造者模式相比，抽象工厂模式返回的是一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成产品族，而建造者模式返回的是一个组装好的完整产品。抽象工厂模式更像一个汽车零件生产商，生产不同品牌汽车的各种零件。而建造者模式更像一个汽车装配厂，通过一系列零件的组装，最终生产出的是一个完整的汽车。
2、抽象工厂模式中，客户端需实例化工厂类，然后通过工厂类获取所需的产品对象。而建造者模式更侧重于将复杂的构造对象的方法交给建造者去做，而客户端只需要通过指挥者就能创建一个完整的产品实例。