设计模式之生成器模式(Builder Pattern)

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生成器模式的核心是 ** 当构建生成一个对象的时候,需要包含多个步骤,虽然每个步骤具体的实现不同,但是都遵循一定的流程与规则 **

举个例子,我们如果构建生成一台电脑,那么我们可能需要这么几个步骤

  • 需要一个主机
  • 需要一个显示器
  • 需要一个键盘
  • 需要一个鼠标
  • 需要音响等

虽然我们具体在构建一台主机的时候,每个对象的实际步骤是不一样的,比如,有的对象构建了i7cpu的主机,有的对象构建了i5cpu的主机,有的对象构建了普通键盘,有的对象构建了机械键盘等。 但不管怎样,你总是需要经过一个步骤就是构建一台主机,一台键盘。 对于这个例子,我们就可以使用生成器模式来生成一台电脑,他需要通过多个步骤来生成。

所以,我们可以将生成器模式理解为,假设我们有一个对象需要建立,这个对象是由多个组件(Component)组合而成,每个组件的建立都比较复杂,但运用组件来建立所需的对象非常简单,所以我们就可以将构建复杂组件的步骤与运用组件构建对象分离,使用builder模式可以建立。

生成器模式的类图如下:

Paste_Image.png

下面我们就根据这个例子来实现一个生成器模式,生成一台电脑

首先我们需要一个电脑类:

package Builder;

public class Computer {
	public String master;
	public String screen;
	public String keyboard;
	public String mouse;
	public String audio;
	public void setMaster(String master) {
		this.master = master;
	}
	public void setScreen(String screen) {
		this.screen = screen;
	}
	public void setKeyboard(String keyboard) {
		this.keyboard = keyboard;
	}
	public void setMouse(String mouse) {
		this.mouse = mouse;
	}
	public void setAudio(String audio) {
		this.audio = audio;
	}
}

然后我们建立一个抽象的builder类:

package Builder;

public abstract class ComputerBuilder {
	
	protected Computer computer;
	
	public Computer getComputer() {
		return computer;
	}
	
	public void buildComputer() {
		computer = new Computer();
		System.out.println("生成了一台电脑!!!");
	}

	public abstract void buildMaster();
	public abstract void buildScreen();
	public abstract void buildKeyboard();
	public abstract void buildMouse();
	public abstract void buildAudio();
}

然后我们实现两个具体的builder类,分别是惠普电脑的builder和戴尔电脑的builder

package Builder;

public class HPComputerBuilder extends ComputerBuilder {

	@Override
	public void buildMaster() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setMaster("i7,16g,512SSD,1060");
		System.out.println("(i7,16g,512SSD,1060)的惠普主机");
	}

	@Override
	public void buildScreen() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setScreen("1080p");
		System.out.println("(1080p)的惠普显示屏");
	}

	@Override
	public void buildKeyboard() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setKeyboard("cherry 青轴机械键盘");
		System.out.println("(cherry 青轴机械键盘)的键盘");
	}

	@Override
	public void buildMouse() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setMouse("MI 鼠标");
		System.out.println("(MI 鼠标)的鼠标");
	}

	@Override
	public void buildAudio() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setAudio("飞利浦 音响");
		System.out.println("(飞利浦 音响)的音响");
	}
}
package Builder;

public class DELLComputerBuilder extends ComputerBuilder {
	
	@Override
	public void buildMaster() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setMaster("i7,32g,1TSSD,1060");
		System.out.println("(i7,32g,1TSSD,1060)的戴尔主机");
	}

	@Override
	public void buildScreen() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setScreen("4k");
		System.out.println("(4k)的dell显示屏");
	}

	@Override
	public void buildKeyboard() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setKeyboard("cherry 黑轴机械键盘");
		System.out.println("(cherry 黑轴机械键盘)的键盘");
	}

	@Override
	public void buildMouse() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setMouse("MI 鼠标");
		System.out.println("(MI 鼠标)的鼠标");
	}

	@Override
	public void buildAudio() {
		// TODO Auto-generated method stub
		computer.setAudio("飞利浦 音响");
		System.out.println("(飞利浦 音响)的音响");
	}


}

然后我们实现一个director类:

package Builder;

public class Director {
	
	private ComputerBuilder computerBuilder;

	public void setComputerBuilder(ComputerBuilder computerBuilder) {
		this.computerBuilder = computerBuilder;
	}
	
	public Computer getComputer() {
		return computerBuilder.getComputer();
	}
	
	public void constructComputer() {
		computerBuilder.buildComputer();
		computerBuilder.buildMaster();
		computerBuilder.buildScreen();
		computerBuilder.buildKeyboard();
		computerBuilder.buildMouse();
		computerBuilder.buildAudio();
	}

}

最后我们测试一下代码:

package Builder;

public class ComputerCustomer {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		Director director = new Director();
		
		ComputerBuilder hp = new HPComputerBuilder();
		
		director.setComputerBuilder(hp);
		
		director.constructComputer();
		
		//get the pc
		Computer pc = director.getComputer();
	}
}

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生成器模式的优缺点

优点

  • 将一个对象分解为各个组件
  • 将对象组件的构造封装起来
  • 可以控制整个对象的生成过程

缺点

对不同类型的对象需要实现不同的具体构造器的类,这可能回答大大增加类的数量

生成器模式的实际应用

Builder pattern has been used in a lot of libraries. However, there is a common mistake here. Consider the following example of StringBuilder which is a class from Java standard library. Does it utilize the Builder pattern?

生成器模式在许多类库中都使用了。但是严格来说,却有些错误。 比如这个例子,我们考虑java标准库中的StringBuilder类,它使用了生成器模式么?

StringBuilder strBuilder= new StringBuilder();
strBuilder.append("one");
strBuilder.append("two");
strBuilder.append("three");
String str= strBuilder.toString();

在标准库中,StringBuilder继承自AbstractStringBuilder append方法是这个生成过程中的一步,就像我们构建电脑时,先构建主机这样的步骤一样。 toString方法也是生成过程中的一步,而且是构建过程中的最后一步。然而,这里的不同是没有director,所以严格来说这不是一个标准的生成器模式。我们程序的调用者好像就是director可以生成我们自己的String。

生成器模式与工厂模式的不同

生成器模式构建对象的时候,对象通常构建的过程中需要多个步骤,就像我们例子中的先有主机,再有显示屏,再有鼠标等等,生成器模式的作用就是将这些复杂的构建过程封装起来。 工厂模式构建对象的时候通常就只有一个步骤,调用一个工厂方法就可以生成一个对象。