这是我参与8月更文挑战的第8天，活动详情查看：8月更文挑战
1 背景
我们知道，构建一辆汽车是极其复杂，部件繁多的。假设我们现在需要构建一辆汽车，为方便演示，我们假设构建一辆汽车只需要发动机，车轮，方向盘。那如何去构建一辆汽车呢？假设构建一辆车的顺序为安装发动机，安装车轮，安装方向盘。
首先，需要定义三个部件（发动机，车轮，方向盘），将它们定义为单独的类。
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 发动机
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class Engine {
// 品牌
private String brand;
public Engine(String brand) {
this.brand = brand;
}
public String getBrand() {
return brand;
}
public void setBrand(String brand) {
this.brand = brand;
}
}
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 车轮
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class Wheel {
// 车轮类型
private String type;
public Wheel(String type) {
this.type = type;
}
public String getType() {
return type;
}
public void setType(String type) {
this.type = type;
}
}
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 方向盘
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class SteeringWheel {
// 方向盘颜色
private String color;
public SteeringWheel(String color) {
this.color = color;
}
public String getColor() {
return color;
}
public void setColor(String color) {
this.color = color;
}
}
然后定义汽车类，并且由以上三种部件组成。
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 汽车
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class Car {
// 发动机
private Engine engine;
// 方向盘
private SteeringWheel steeringWheel;
// 车轮
private Wheel wheel;
public Car(Engine engine, SteeringWheel steeringWheel, Wheel wheel) {
this.engine = engine;
this.steeringWheel = steeringWheel;
this.wheel = wheel;
}
// 省略 getter / setter 方法
}
最后客户端负责生产各个汽车组件，并组装构建一辆汽车。
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 客户端
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class ChenPiClient {
public static void main(String[] args) {
Engine engine = new Engine("沃尔沃");
Wheel wheel = new Wheel("175/70R");
SteeringWheel steeringWheel = new SteeringWheel("Black");
Car car = new Car(engine, steeringWheel, wheel);
System.out.println(car);
}
}
// 输出结果如下
Car{engine=Engine{brand='沃尔沃'}, steeringWheel=SteeringWheel{color='Red'}, wheel=Wheel{type='175/70R'}}
此时，如果我们需要创建另外一种类型的汽车，那我们就需要重写客户端代码，再进行生产，组装构建一辆新汽车。
Engine engine = new Engine("蔚来");
Wheel wheel = new Wheel("255/55 R19");
SteeringWheel steeringWheel = new SteeringWheel("Black");
Car car = new Car(engine, steeringWheel, wheel);
你会发现客户端不仅要清楚整辆汽车的外观表示，还需要清楚汽车组件的装配细节，然后按顺序组装构建汽车对象，这对客户端的使用是不友好的，使用比较麻烦。而且这演示的只是简单的几个属性的赋值，如果对象属性比较多，构建过程复杂就更不用说了。
对于客户端来说，它不应该知道汽车内部在装配细节，它就只想要一辆完整的汽车来使用。
2 生成器模式（Builder Pattern）
生成器模式（也叫建造者模式）是一种创建型设计模式，它将一个复杂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。
即有些对象的创建流程是一样的，但是创建出来的对象一些自身特性可以是不一样的，所以需要将对象的表示（外观）和对象具体的构建分开来。
生成器模式把对象的构建步骤抽象成生成器（builder），指导类（director）对所有生成步骤的先后顺序进行控制。客户端使用指导类并传入相应的生成器，通过指导类的接口便可以得到相应的对象。
- Builder：生成器接口，定义了创建一个 Product 对象所需的各个部件的操作，以及获取产品的方法。
- ConcreteBuilder：生成器接口具体实现类，实现各个部件的创建并负责组装，并返回构建好的产品对象。
- Director：指导者，使用 Builder 接口，以一个统一的过程来构建所需要的 Product 对象。
- Product：产品，被生成器构建的复杂对象，包含多个部件。
现在我们使用生成器模式改写开头的例子，我们首先需要定义一个生成器接口。
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 汽车生成器接口
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public interface CarBuilder {
Car builder();
void buildEngine();
void buildWheel();
void buildSteeringWheel();
}
假设我们现在需要沃尔沃的汽车，那么就定义一个沃尔沃的生成器接口实现类。
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 沃尔沃汽车生成器
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class VolvoCarBuilder implements CarBuilder {
private Car car = new Car();
@Override
public Car builder() {
return car;
}
@Override
public void buildEngine() {
car.setEngine(new Engine("沃尔沃"));
}
@Override
public void buildWheel() {
car.setWheel(new Wheel("175/70R"));
}
@Override
public void buildSteeringWheel() {
car.setSteeringWheel(new SteeringWheel("Black"));
}
}
再定义汽车指导者，负责指导汽车产品的构建。
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 汽车指导者
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class CarDirector {
private CarBuilder builder;
public CarDirector(CarBuilder builder) {
this.builder = builder;
}
public void buildCar() {
builder.buildEngine();
builder.buildWheel();
builder.buildSteeringWheel();
}
public Car getCar() {
return builder.builder();
}
}
最后，客户端就选择特定的生成器实现类对象，传递给指导类对象，让它生产我们需要的产品对象即可。
package com.chenpi.builder;
/**
* @Description 客户端
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class ChenPiClient {
public static void main(String[] args) {
CarDirector director = new CarDirector(new VolvoCarBuilder());
director.buildCar();
Car car = director.getCar();
System.out.println(car);
}
}
// 输出结果如下
Car{engine=Engine{brand='沃尔沃'}, steeringWheel=SteeringWheel{color='Black'}, wheel=Wheel{type='175/70R'}}
3 生成器模式简化版
生成器模式的主要功能是构建复杂的产品，而且是细化的、分步骤的构建产品，也就是生成器模式重在一步一步解决构造复杂对象的问题。
你是否发现上述的生成器模式会比较复杂，定义太多的接口和类等。其实实际使用中会根据情况进行调整。例如上述的生成器对象和被构建的对象是分开的，那其实客户端可以直接使用 new 被构建对象的方式来创建产品对象，这样就导致生成器模式荒废了，所以我们可以将生成器对象合并到被构建的对象中去，称为它的一个内部类。
而且我们也可以不再需要指导类，直接让客户端使用生成器对象进行构建最终产品。
假设我们现在需要一个 Mongo 客户端参数选项对象，来进行 Mongo 客户端的配置，那我们就可以定义一个客户端参选选项类，存放各种参数，并且将生成器定义为它的内部类，用来构建 Mongo 客户端参数选项对象。
实际开发中，Mongo 客户端配置参数是很多的，可达十几二十多个，为方便演示，我们只定义几个。这些参数值通过生成器来进行配置构建，并对参数合理值进行校验。
而且我们将 MongoClientOptions 类的构造方法定义为私有的，所以外部只能通过生成器来构建 MongoClientOptions 对象。
package com.chenpi.builder.mongo;
/**
* @Description mongo客户端参数选项
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class MongoClientOptions {
private final int maxWaitTime;
private final int maxConnectionIdleTime;
private final int maxConnectionLifeTime;
private final int connectTimeout;
private final int socketTimeout;
private MongoClientOptions(final Builder builder) {
maxWaitTime = builder.maxWaitTime;
maxConnectionIdleTime = builder.maxConnectionIdleTime;
maxConnectionLifeTime = builder.maxConnectionLifeTime;
connectTimeout = builder.connectTimeout;
socketTimeout = builder.socketTimeout;
}
// 创建一个生成器对象
public static Builder builder() {
return new Builder();
}
public static class Builder {
private int maxWaitTime = 1000 * 60 * 2;
private int maxConnectionIdleTime = 0;
private int maxConnectionLifeTime = 0;
private int connectTimeout = 1000 * 10;
private int socketTimeout = 0;
public Builder maxWaitTime(final int maxWaitTime) {
this.maxWaitTime = maxWaitTime;
return this;
}
public Builder maxConnectionIdleTime(final int maxConnectionIdleTime) {
this.maxConnectionIdleTime = maxConnectionIdleTime;
return this;
}
public Builder maxConnectionLifeTime(final int maxConnectionLifeTime) {
this.maxConnectionLifeTime = maxConnectionLifeTime;
return this;
}
public Builder connectTimeout(final int connectTimeout) {
if (connectTimeout < 0) {
throw new RuntimeException("connectTimeout must be >= 0");
}
this.connectTimeout = connectTimeout;
return this;
}
public Builder socketTimeout(final int socketTimeout) {
this.socketTimeout = socketTimeout;
return this;
}
// 构建一个最终的mongo客户端选项对象
public MongoClientOptions build() {
return new MongoClientOptions(this);
}
}
}
接下来，我们演示如何使用生成器来构建一个 MongoClientOptions 对象。使用链式编程的方式，很简单轻松的就构建出我们需要的对象了。
package com.chenpi.builder.mongo;
/**
* @Description
* @Author 陈皮
* @Date 2021/8/8
* @Version 1.0
*/
public class ChenPiClient {
public static void main(String[] args) {
MongoClientOptions mongoClientOptions = MongoClientOptions.builder().connectTimeout(1000)
.maxConnectionIdleTime(60000)
.maxConnectionLifeTime(600000).maxWaitTime(1000).socketTimeout(5000).build();
}
}
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