詳解建造者模式（含圖例、UML類圖、原始碼示例等）

碼農談IT發表於2023-11-22
模式原始碼

來源：mikechen的網際網路架構

為什麼要學設計模式？設計模式有哪些優點？

  • 提升檢視框架原始碼能力
  • 提升對複雜業務程式碼的設計能力以及 code 能力
  • 為今後面試以及技術進階夯實基礎

今天我們要講的是設計模式中的建造者模式（Builder）。

建造者模式（Builder）是建立型模式中的一種，在物件導向程式設計中常用，必知必會。

詳解建造者模式（含圖例、UML類圖、原始碼示例等）


01
  建造者模式的定義

建造者模式（builder）：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。

例如：

我們要定製一臺電腦，我們只需要確認配件品牌及型號，而不必知道組裝電腦的這個過程。

詳解建造者模式（含圖例、UML類圖、原始碼示例等）

這種情況下，我們可以採用建造者模式，將配件和組裝電腦的過程分離，讓構建過程和配件都能自由擴充，降低兩者之間的耦合。

02
  建造者模式的 UML 類圖

為了加深理解，我們來看下建造者模式的 UML 類圖。

詳解建造者模式（含圖例、UML類圖、原始碼示例等）

建造者模式的 4 個重要角色：

  • Product(產品類) ：具體需要生成的類物件；

  • Builder(抽象建造者類)：為我們需要生成的類物件，構建不同的模組屬性，即：公開構建產品類的屬性，隱藏產品類的其他功能；

  • ConcreteBuilder(具體建造者類)：抽象 Builder 類的實現類，實現抽象 Builder 類定義的所有方法，並且返回一個組建好的物件；

  • Director(指揮者類)：用於統一組裝流程，確定構建我們的類物件具體有哪些模組屬性，在實際應用中可以不需要這個角色，直接透過 client 處理。


03
  建造者模式的應用場景

下面是建造者模式的兩個典型應用場景。


1）建造者模式在 Java 原始碼中的體現，較為典型的就是 StringBuilder。


將指定的字串追加到此字元序列：






@Overridepublic StringBuilder append(CharSequence s) {    super.append(s);// 實現過程略    return this;}

將此字元序列用其反轉形式取代：






@Overridepublic StringBuilder reverse() {    super.reverse();// 實現過程略    return this;}


測試程式碼：









StringBuilder sb = new StringBuilder("12345");sb.append("67890");sb.reverse();System.out.println(sb);StringBuilder sb1 = new StringBuilder("12345");sb1.reverse();sb1.append("67890");System.out.println(sb1);


結果：



System.out: 0987654321System.out: 1422167890


根據 StringBuilder 不同方法的不同呼叫順序，可以生成不同的字串，這樣的操作很靈活。

2）建造者模式在很多第三方框架中也有實現。

例如，網路框架 OkHttp3中的 OkHttpClient、Request。

我們來看下 OkHttpClient 、及其內部類 OkHttpClient、Builder 的部分原始碼:

預設採用 Builder 進行建造：




public OkHttpClient() {  this(new Builder());}

由 builder 配置分發器、代理、協議以及自定義攔截器等：





















OkHttpClient(Builder builder) {  this.dispatcher = builder.dispatcher;  this.proxy = builder.proxy;  this.protocols = builder.protocols;  /** 省略大段程式碼 */  boolean isTLS = false;  for (ConnectionSpec spec : connectionSpecs) {    isTLS = isTLS || spec.isTls();  }  /** 省略大段程式碼. */  if (interceptors.contains(null)) {    throw new IllegalStateException("Null interceptor: " + interceptors);  }  if (networkInterceptors.contains(null)) {    throw new IllegalStateException("Null network interceptor: " + networkInterceptors);  }}public static final class Builder {
  public Builder() {

分發器、協議、代理的預設引數：










 dispatcher = new Dispatcher();    protocols = DEFAULT_PROTOCOLS;    proxySelector = ProxySelector.getDefault();    if (proxySelector == null) {      proxySelector = new NullProxySelector();    }  }
  Builder(OkHttpClient okHttpClient) {

反向配置分發器、代理、協議：




    this.dispatcher = okHttpClient.dispatcher;     this.proxy = okHttpClient.proxy;     this.protocols = okHttpClient.protocols;

新增所有自定義攔截器和自定義網路攔截器：




    this.interceptors.addAll(okHttpClient.interceptors);    this.networkInterceptors.addAll(okHttpClient.networkInterceptors);  }

配置代理：





  public Builder proxy(@Nullable Proxy proxy) {    this.proxy = proxy;    return this;  }

向攔截器鏈中增加自定義攔截器：






  public Builder addInterceptor(Interceptor interceptor) {    if (interceptor == null) throw new IllegalArgumentException("interceptor == null");    interceptors.add(interceptor);    return this;  }

build() 方法，生成 OkHttpClient 物件：





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


04
  建造者模式的優缺點


優點：


  • 使用建造者模式可以使客戶端不必知道產品內部組成的細節；


  • 具體的建造者類之間是相互獨立的，容易擴充套件；


  • 由於具體的建造者是獨立的，因此可以對建造過程逐步細化，而不對其他的模組產生任何影響。


缺點是產生多餘的 Build 物件、Dirextor 類。


05
  建造者模式與工廠模式的區別


建造者模式與工廠模式都是讓建立與表示分離，用來服務相同的目標，讓我們寫出結構嚴謹，易懂且易擴充套件的高質量程式碼。

但是它們的作用場景、實現方式不同。

建造者模式多出一個 Builder 類，使得建立物件的靈活性大大增加，並且適用於如下場景：

  • 建立一個物件，多個同樣的方法的呼叫順序不同，產生的結果不同。例如，剛才列舉的 StringBuilder；

  • 建立一個物件，特別複雜，引數多，而且很多引數都有預設值。例如，剛才列舉的 OkHttpClient Builder 。


總結

透過本文，我們瞭解並掌握了建造者模式的概念、原理、應用場景、優缺點、實現方式等。

只有我們瞭解了每一種設計模式，實際應用時才能夠合理選型，避免因強行使用設計模式、讓程式碼更加不好維護的情況出現。

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