【設計模式】第四篇：建造者模式也沒那麼難

BWH_Steven發表於2020-11-09
設計模式

一 引言

說明：如果想要直接閱讀定義等理論內容，可以直接跳轉到第二大點

在生活中有很多場景與我們今天要說的 “建造者模式” 是非常匹配的，打個比方一臺計算機是由 CPU、記憶體、顯示卡、記憶體、滑鼠、鍵盤、顯示器等等內容組合而成的，我們想要一臺電腦，我們不會可能自己去做這些配件，一般都是通過告訴銷售公司，然後其派生產技術人員給你做好指定的配件。

先不管，誰買，誰做，誰管理的問題，我們可以分析得到，建造電腦的這個 “過程” 是穩定的也就是說，不管什麼配置的電腦，這些配件都是必須要有的，只是具體的細節不一樣，例如你的配置更好，他的差一些

但是，我作為一個買家，我並不想管這些，我只告訴你，我要一臺中等配置的電腦，你負責“建造”好給我就行了，這就是建造者模式比較通俗的講法

下面我們通過這個計算機的例子，循序漸進的看一下：

二 通過例子循序漸進認識建造者模式

首先，不管怎麼建，怎麼買，一個 Computer 電腦類是必須的，我們隨便挑選三個元件來進行演示，CPU、記憶體、顯示器，補充其 get set toString 方法

/**
 * 產品：電腦
 */
public class Computer {
    private String cpu; // CPU
    private String graphicsCard; // 記憶體
    private String displayScreen; // 顯示器

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }

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

    public String getGraphicsCard() {
        return graphicsCard;
    }

    public void setGraphicsCard(String graphicsCard) {
        this.graphicsCard = graphicsCard;
    }

    public String getDisplayScreen() {
        return displayScreen;
    }

    public void setDisplayScreen(String displayScreen) {
        this.displayScreen = displayScreen;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", graphicsCard='" + graphicsCard + '\'' +
                ", displayScreen='" + displayScreen + '\'' +
                '}';
    }
}

(一) 最簡單直白的方式（不好）

這種方法基本可以說沒什麼技術含量了，直接 new + set 就行了

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer();
        computer.setCpu("英特爾酷睿 i5 處理器");
        computer.setGraphicsCard("4g記憶體");
        computer.setDisplayScreen("14寸 1080p 60hz顯示器");
        System.out.println(computer.toString());
    }
}

列印一下結果：

Computer{cpu='英特爾酷睿 i5 處理器', graphicsCard='4g', displayScreen='14寸 1080p 60hz顯示器'}

(二) 客戶直接聯絡生產技術人員

上面這種方式，不用說也知道不合適了，所以技術人員（建造者）他來了！但是不同的技術人員會製作的配件也不一樣，例如有的會做 144hz 的顯示器，而有的專攻 60hz 的顯示器，有高低配置，不同型號之分

為此我們為其抽象出一個 ComputerBuilder 的抽象類

/**
 * 電腦的建造者
 */
public abstract class ComputerBuilder {
    abstract void buildCpu(); // 建造CPU
    abstract void buildGraphicsCard(); // 建造記憶體
    abstract void buildDisplayScreen(); // 建造顯示器

    abstract Computer getComputer(); // 拿到這臺電腦
}

下面就來寫建造者的具體實現，例如先寫一個低配置電腦建造的實現

/**
 * 低配置電腦
 */
public class LowConfigurationComputerBuilder extends ComputerBuilder {

    private Computer computer;

    public LowConfigurationComputerBuilder(){
        computer = new Computer();
    }

    @Override
    void buildCpu() {
        computer.setCpu("英特爾酷睿 i5 處理器");
        System.out.println("buildCpu: 英特爾酷睿 i5 處理器");
    }

    @Override
    void buildGraphicsCard() {
        computer.setGraphicsCard("8g記憶體");
        System.out.println("buildGraphicsCard: 8g記憶體");
    }

    @Override
    void buildDisplayScreen() {
        computer.setDisplayScreen("1080p 60hz顯示器");
        System.out.println("buildDisplayScreen: 1080p 60hz顯示器");
    }

    @Override
    Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

測試一下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立低配置電腦建造者
        LowConfigurationComputerBuilder builder = new LowConfigurationComputerBuilder();
        builder.buildCpu();
        builder.buildGraphicsCard();
        builder.buildDisplayScreen();
        Computer computer = builder.getComputer();
        System.out.println("建造出的電腦: " + computer );
    }
}

執行結果：

buildCpu: 英特爾酷睿 i5 處理器
buildGraphicsCard: 8g記憶體
buildDisplayScreen: 1080p 60hz顯示器
建造出的電腦: Computer{cpu='英特爾酷睿 i5 處理器', graphicsCard='8g記憶體', displayScreen='1080p 60hz顯示器'}

(三) 客戶聯絡銷售公司

雖然上面的方法是比第一種強一些，但是客戶自己去聯絡生產技術人員，顯然不是很合理，正常的做法，我們都是先去聯絡銷售公司，告訴他們我想要什麼配置的電腦就可以了，細節我並不想管

public class SalesCompany {
    public Computer buildComputer(ComputerBuilder builder){
        builder.buildCpu();
        builder.buildGraphicsCard();
        builder.buildDisplayScreen();
        return builder.getComputer();
    }
}

測試程式碼

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立低配置電腦建造者
        LowConfigurationComputerBuilder builder = new LowConfigurationComputerBuilder();
        // 建立電腦銷售中心
        SalesCompany salesCompany = new SalesCompany();
        // 指定具體的電腦建造者去完成 電腦 這個產品
        Computer computer = salesCompany.buildComputer(builder);
        System.out.println("建造出的電腦: " + computer );
    }
}

現在程式碼已經比較完善了，也就是我們買家通過聯絡電腦銷售中心，然後銷售中心去呼叫使用者想要的配置的建造者，剛才我們建立的是一個“低配置電腦建造者”，如果我們想要換成中等配置的電腦，該怎麼做呢？

現在只需要增加一箇中等配置電腦建造者，實現Builder抽象類就可以了

/**
 * 低配置電腦
 */
public class MiddleConfigurationComputerBuilder extends ComputerBuilder {

    private Computer computer;

    public MiddleConfigurationComputerBuilder(){
        computer = new Computer();
    }

    @Override
    void buildCpu() {
        computer.setCpu("英特爾酷睿 i7 處理器");
        System.out.println("buildCpu: 英特爾酷睿 i7 處理器");
    }

    @Override
    void buildGraphicsCard() {
        computer.setGraphicsCard("16g記憶體");
        System.out.println("buildGraphicsCard: 16g記憶體");
    }

    @Override
    void buildDisplayScreen() {
        computer.setDisplayScreen("2k 144hz顯示器");
        System.out.println("buildDisplayScreen: 2k 60hz顯示器");
    }

    @Override
    Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

測試一下

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MiddleConfigurationComputerBuilder builder = new MiddleConfigurationComputerBuilder();
        // 建立電腦銷售中心
        SalesCompany salesCompany = new SalesCompany();
        // 指定具體的電腦建造者去完成 電腦 這個產品
        Computer computer = salesCompany.buildComputer(builder);
        System.out.println("建造出的電腦: " + computer );
    }
}

執行結果

buildCpu: 英特爾酷睿 i7 處理器
buildGraphicsCard: 16g記憶體
buildDisplayScreen: 2k 60hz顯示器
建造出的電腦: Computer{cpu='英特爾酷睿 i7 處理器', graphicsCard='16g記憶體', displayScreen='2k 144hz顯示器'}

其實到這裡一個建造者模式的例項就寫完了，下面我們結合概念，來深入理解一下建造者模式

三 建造者模式

(一) 概念

建造者模式：將一個複雜物件的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以建立不同的表示

  • 也就是說，產品的生成過程或者說組成，是不變的，而每一部分都是可以自行選擇的，即其內部表象是可以變化的，這也就是所說的變與不變相分離

  • 此種情況下，使用者只需要指定建造的型別就可以得到他們，而具體的過程和細節就不需要知道了

(二) 優缺點

首先，此模式封裝性好，構建和表示進行了分離，每一個建造者都是相互獨立的，利於解耦和擴充套件，符合 “開閉原則” 同時客戶呼叫時，不需要知道產品細節

但是也正是因為產品生成過程這個不變的部分，限制了它的使用範圍，同時如果產品內部日後發生什麼改變，則建造者也得同樣修改，維護成本不小

(三) 結構

根據上面的結構圖，我們分別說明一下其中的四個角色（除 Client 呼叫者以外）

  • Product（產品角色）：多個元件構成的複雜物件，即上述例子中的電腦
  • Builder（抽象建造者）：一個包含建立產品各個子部件的抽象方法的介面/抽象類，一般還包含一個返回結果的方法，如上述中的 ComputerBuilder 類
  • ConcreteBuilder（具體建造者）：Builder 的具體實現類，如上述中具體的 低配置電腦建造者 和 中等配置電腦建造者
  • Director（指揮者）：呼叫建造者物件中的部件構造與裝配方法，以建立一個複雜物件
    • 指揮者中不含具體產品資訊
    • 其隔離了客戶與物件的生產過程

(四) 適用場景

  • 順序會對同一方法的結果產生影響，例如建房子，應當先打地基，再架鋼筋水泥
  • 同一個物件可以裝配不同的部件或者零件，同時結果不同
  • 產品類有複雜的內部結構，且這些產品物件具有共性

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