Java 大白话讲解设计模式之 -- 建造者（Builder）模式

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建造者模式是日常开发中比较常见的设计模式，它的主要作用就是将复杂事物创建的过程抽象出来，该抽象的不同实现方式不同，创建出的对象也不同。通俗的讲，创建一个对象一般都会有一个固定的步骤，这个固定的步骤我们把它抽象出来，每个抽象步骤都会有不同的实现方式，不同的实现方式创建出的对象也将不同。举个常见的例子，想必大家都买过电脑，电脑的生产或者组装其实就是属于建造者模式，我们知道，电脑的生产都需要安装CPU、内存条、硬盘等元器件。我们可以把这个安装步骤抽象出来，至于到底装哪种CPU，比如i5还是i7就是对该抽象安装步骤的具体实现。

建造者模式分为两种，一种为经典建造者模式，另一种为变种建造者模式。我们来挨个看下：

经典Builder模式

我们先来看下经典Builder模式，先上UML类图：

Builder模式UML类图

对UML类图不了解可以看我之前的这篇文章Java 大白话讲解设计模式之 -- UML类图

从上图可以看到，经典Buider模式中有四个角色：

要建造的产品Product -- 组装的电脑
抽象的Builder -- 装CPU、内存条、硬盘等抽象的步骤
Builder的具体实现ConcreteBuilder -- 对上述抽象步骤的实现，比如装i5CPU、8G内存条、1T硬盘
使用者Director -- 电脑装机人员

接下来我们来看下用代码如何实现上述组装电脑的过程：

1.首先我们先来创建一个Computer类：

public class Computer {
    /*CPU*/
    private String CPU;
    /*内存*/
    private String memory;
    /*硬盘*/
    private String hardDisk;
    /*键盘*/
    private String keyboard;
    /*鼠标*/
    private String mouse;

    public String getCPU() {
        return CPU;
    }

    public void setCPU(String CPU) {
        this.CPU = CPU;
    }

    public String getMemory() {
        return memory;
    }

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

    public String getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(String hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public String getKeyboard() {
        return keyboard;
    }

    public void setKeyboard(String keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }

    public String getMouse() {
        return mouse;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "CPU='" + CPU + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", hardDisk='" + hardDisk + '\'' +
                ", keyboard='" + keyboard + '\'' +
                ", mouse='" + mouse + '\'' +
                '}';
    }
}

很简单，可以看到这个Computer类中有五个基本属性CPU、内存条、硬盘、键盘和鼠标，然后还有一个toString方法，用于之后方便打印信息用。

2.接下来我们来创建一个抽象的电脑组装过程的Builder类：

public interface ComputerConfigBuilder {
    void setCPU();
    void setMemery();
    void setHardDisk();
    void setKeyboard();
    void setMouse();
    Computer getComputer();
}

电脑组装一般都需要安装CPU、内存条、硬盘、键盘鼠标等，我们把这一安装过程给抽象出来，也就是这里的ComputerConfigBuilder ，至于具体安装什么需要其实现类来实现，另外其中还定义了一个获取Conputer的方法。

3.好了，有了抽象的组装过程，接下来我们就需要创建具体的实现类。我们知道电脑一般都有低配版和高配版，不同配置，组装成的电脑自然就不一样。接下我们首先来创建一个低配版的套餐LowConfigBuilder ，让其实现ComputerConfigBuilder：

public class LowConfigBuilder implements ComputerConfigBuilder {

    private Computer mComputer;

    public LowConfigBuilder(){
        this.mComputer = new Computer();
    }

    @Override
    public void setCPU() {
        mComputer.setCPU("i5");
    }

    @Override
    public void setMemery() {
        mComputer.setMemory("8G");
    }

    @Override
    public void setHardDisk() {
        mComputer.setHardDisk("500G");
    }

    @Override
    public void setKeyboard() {
        mComputer.setKeyboard("薄膜键盘");
    }

    @Override
    public void setMouse() {
        mComputer.setMouse("有线鼠标");
    }

    @Override
    public Computer getComputer() {
        return mComputer;
    }
}

可以看到这个低配版的配置为：i5的CPU、8G内存、500G硬盘、薄膜键盘和有线鼠标。

接着我们再创建一个高配版的套餐：

public class HighConfigBuider implements ComputerConfigBuilder {

    private Computer mComputer;

    public HighConfigBuider(){
        this.mComputer = new Computer();
    }

    @Override
    public void setCPU() {
        mComputer.setCPU("i7");
    }

    @Override
    public void setMemery() {
        mComputer.setMemory("16G");
    }

    @Override
    public void setHardDisk() {
        mComputer.setHardDisk("1T");
    }

    @Override
    public void setKeyboard() {
        mComputer.setKeyboard("机械键盘");
    }

    @Override
    public void setMouse() {
        mComputer.setMouse("无线鼠标");
    }

    @Override
    public Computer getComputer() {
        return mComputer;
    }
}

可以看到这个高配版的配置为：i7的CPU、16G内存、1T硬盘、机械键盘和无线鼠标。

4.上面我们已经定义好了两种配置方案，接下我们还需要一名装机人员Director：

public class Director {
    private ComputerConfigBuilder mBuilder;
    public void setBuilder(ComputerConfigBuilder builder){
        this.mBuilder = builder;
    }
    public void createComputer(){
        mBuilder.setCPU();
        mBuilder.setMemery();
        mBuilder.setHardDisk();
        mBuilder.setKeyboard();
        mBuilder.setMouse();
    }
    public Computer getComputer(){
        return mBuilder.getComputer();
    }
}

我们需要通过setBuilder来告诉他电脑需要什么配置，然后就可以通过createComputer来一步步组装电脑，组装完之后就可以调用getComputer方法来获取我们需要的电脑啦。
5.演示
接下来我们就来创建一台电脑试下，首先我们先创建一个
低配版的：

Director director = new Director();//创建装机人员
director.setBuilder(new LowConfigBuilder()); //告诉装机人员电脑配置，这里为低配版
director.createComputer(); //装机人员开始组装
Computer computer = director.getComputer(); //从装机人员获取组装好的电脑
System.out.print("电脑配置：" + computer.toString());  //查看电脑配置
--------------------------------------
输出结果：
电脑配置：Computer{CPU='i5', memory='8G', hardDisk='500G', keyboard='薄膜键盘', mouse='有线鼠标'}
--------------------------------------

高配版的：

director.setBuilder(new HighConfigBuider());
director.createComputer();
Computer computer = director.getComputer();
System.out.print("电脑配置：" + computer.toString());
--------------------------------------
输出结果：
电脑配置：Computer{CPU='i7', memory='16G', hardDisk='1T', keyboard='机械键盘', mouse='无线鼠标'}
--------------------------------------

好了这就是经典的Builder模式，到这里相信你对文章开头Builder模式的定义有了更好的理解。不过在我们日常开发中经典Builder模式一般不常用，用的比较多的还是变种的Builder模式，接下来我们来看下变种的Builder模式。

变种Builder模式

今天Boss突然跑过来扔了一个需求给你：需要创建一个不可变的Person对象，这个Person可以拥有以下几个属性：名字、性别、年龄、职业、车、鞋子、衣服、钱、房子。其中名字和性别是必须有的。

听完后，你稍微想了下，很快给出一个符合要求的Person类：

public class Person {
    /*名字（必须）*/
    private final String name;
    /*性别（必须）*/
    private final String gender;
    /*年龄（非必须）*/
    private final String age;
    /*鞋子（非必须）*/
    private final String shoes;
    /*衣服（非必须）*/
    private final String clothes;
    /*钱（非必须）*/
    private final String money;
    /*房子（非必须）*/
    private final String house;
    /*汽车（非必须）*/
    private final String car;
    /*职业（非必须）*/
    private final String career;

    public Person(String name,String gender,String age,String shoes,String clothes,String money,String house,String car,String career){
        this.name = name;
        this.gender = gender;
        this.age = age;
        this.shoes = shoes;
        this.clothes = clothes;
        this.money = money;
        this.house = house;
        this.car = car;
        this.career = career;
    }

    public Person(String name, String gender){
        this(name,gender,null,null,null,null,null,null,null);
    }

}

由于要创建出的Person对象是不可变的，所以你将类中的属性都声明为final的，然后定义了一个参数为所有属性的构造方法，又因为name和gender为必须项，所以你为了调用者方便又单独定义了一个参数为name和gender的构造方法。这样Person类就好了，你信心满满的把这个类提交给了Boss,Boss看了，还是很满意的，不过一段时间后，Boss向你反馈了一个问题，就是如果需要传入非必须属性的时候，这个构造方法调用起来不是很方便，因为这个构造方法参数太多了，很容易传错。你试了下，发现确实有这个问题，看来不能把参数全都都放在构造方法中，很快你想到了用set方法设置：

public class Person {
    /*名字（必须）*/
    private String name;
    /*性别（必须）*/
    private String gender;
    /*年龄（非必须）*/
    private String age;
    /*鞋子（非必须）*/
    private String shoes;
    /*衣服（非必须）*/
    private String clothes;
    /*钱（非必须）*/
    private String money;
    /*房子（非必须）*/
    private String house;
    /*汽车（非必须）*/
    private String car;
    /*职业（非必须）*/
    private String career;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getGender() {
        return gender;
    }

    public void setGender(String gender) {
        this.gender = gender;
    }

    public String getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(String age) {
        this.age = age;
    }

    public String getShoes() {
        return shoes;
    }

    public void setShoes(String shoes) {
        this.shoes = shoes;
    }

    ......

}

如果要创建对象的话只用如下操作就行了：

        Person person = new Person();
        person.setName("张三");
        person.setAge("22");
        person.setGender("男");
        person.setCareer("程序员");
        ......

这样看上去比较清晰了，只要创建一个对象，想要赋什么值set上去就可以了，不过你细细看了下，还是发现了不少的问题的，首先用这个set方法，违背了刚开始这个对象不可变的需求，其次用这种set方法一条一条赋值，逼格不够高，另外用这种方式很可能会得到一个不完整的Person对象，因为当你建完了Person对象，可能出于各方面的原因有些信息忘记set了，那么你得到的Person对象就不是你预期的对象。这时，你有点困惑了，只好打开谷歌一顿搜索，没想到还真的找到了解决办法，就是用下面这种变种的Builder模式：

public class Person {
    /*名字（必须）*/
    private final String name;
    /*性别（必须）*/
    private final String gender;
    /*年龄（非必须）*/
    private final String age;
    /*鞋子（非必须）*/
    private final String shoes;
    /*衣服（非必须）*/
    private final String clothes;
    /*钱（非必须）*/
    private final String money;
    /*房子（非必须）*/
    private final String house;
    /*汽车（非必须）*/
    private final String car;
    /*职业（非必须）*/
    private final String career;


    private Person(Builder builder) {
        this.name = builder.name;
        this.gender = builder.gender;
        this.age = builder.age;
        this.shoes = builder.shoes;
        this.clothes = builder.clothes;
        this.money = builder.money;
        this.house = builder.house;
        this.car = builder.car;
        this.career = builder.career;
    }

    public static class Builder {
        private final String name;
        private final String gender;
        private String age;
        private String shoes;
        private String clothes;
        private String money;
        private String house;
        private String car;
        private String career;

        public Builder(String name,String gender) {
            this.name = name;
            this.gender = gender;
        }

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

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

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

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

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

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

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

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

由于这个Person对象是不可变的，所以毫无疑问我们给他的所有属性都加了final修饰，当然如果没有不可变的需求也是可以不加的，然后在Person类中定义一个内部类Builder，这个Builder内部类中的属性要和Person中的相同，并且必须有的属性要用final修饰，防止这些属性没有被赋值，其他非必须的属性不能用final，因为如果加了final，就必须对其进行初始化，这样这些非必须的属性又变成必须的。然后内部类中定义了一个构造方法，传入必须有的属性。其他非必须的属性都通过方法设置，每个方法都返回Builder对象自身。最后定义了一个build方法，将Builder对象传入Person的私有构造方法，最终返回一个对象。

接下来我们来看下Person的创建：

        Person person = new Person.Builder("张三","男")
                .age("12")
                .money("1000000")
                .car("宝马")
                .build();

是不是看上去逼格瞬间提高了，非必须的属性可以根据需要任意设置，非常灵活，而且这样先设置属性再创建对象，最终获取的对象一定是你预期的完整对象，不会像用之前set的方法创建的对象可能还没有设置完全。好了，写完之后，你迫不及待的把这个Person类提交给了Boss，果然Boss对这种对象创建方式非常满意。

好了两种建造者模式到这也分析的差不多了，相信你对建造者模式有了更好的理解。

设计模式持续更新中...

最后编辑于：2018.05.29 20:03:55

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