04 設計模式之生成器模式

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1 背景

我們知道，構建一輛汽車是極其復雜，部件繁多的。假設我們現在需要構建一輛汽車，為方便演示，我們假設構建一輛汽車只需要發(fā)動機，車輪，方向盤。那如何去構建一輛汽車呢？假設構建一輛車的順序為安裝發(fā)動機，安裝車輪，安裝方向盤。

首先，需要定義三個部件（發(fā)動機，車輪，方向盤），將它們定義為單獨的類。

package com.chenpi.builder; /** * @Description 發(fā)動機 * @Author 陳皮 * @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 車輪 * @Author 陳皮 * @Date 2021/8/8 * @Version 1.0 */ public class Wheel { // 車輪類型 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 方向盤 * @Author 陳皮 * @Date 2021/8/8 * @Version 1.0 */ public class SteeringWheel { // 方向盤顏色 private String color; public SteeringWheel(String color) { this.color = color; } public String getColor() { return color; } public void setColor(String color) { this.color = color; } }

然后定義汽車類，并且由以上三種部件組成。

package com.chenpi.builder; /** * @Description 汽車 * @Author 陳皮 * @Date 2021/8/8 * @Version 1.0 */ public class Car { // 發(fā)動機 private Engine engine; // 方向盤 private SteeringWheel steeringWheel; // 車輪 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 }

最后客戶端負責生產各個汽車組件，并組裝構建一輛汽車。

package com.chenpi.builder; /** * @Description 客戶端 * @Author 陳皮 * @Date 2021/8/8 * @Version 1.0 */ public class ChenPiClient { public static void main(String[] args) { Engine engine = new Engine("沃爾沃"); Wheel wheel = new Wheel("175/70R"); SteeringWheel steeringWheel = new SteeringWheel("Black"); Car car = new Car(engine, steeringWheel, wheel); System.out.println(car); } } // 輸出結果如下 Car{engine=Engine{brand='沃爾沃'}, steeringWheel=SteeringWheel{color='Red'}, wheel=Wheel{type='175/70R'}}

此時，如果我們需要創(chuàng)建另外一種類型的汽車，那我們就需要重寫客戶端代碼，再進行生產，組裝構建一輛新汽車。

Engine engine = new Engine("蔚來"); Wheel wheel = new Wheel("255/55 R19"); SteeringWheel steeringWheel = new SteeringWheel("Black"); Car car = new Car(engine, steeringWheel, wheel);

你會發(fā)現客戶端不僅要清楚整輛汽車的外觀表示，還需要清楚汽車組件的裝配細節(jié)，然后按順序組裝構建汽車對象，這對客戶端的使用是不友好的，使用比較麻煩。而且這演示的只是簡單的幾個屬性的賦值，如果對象屬性比較多，構建過程復雜就更不用說了。

對于客戶端來說，它不應該知道汽車內部在裝配細節(jié)，它就只想要一輛完整的汽車來使用。

2 生成器模式（Builder Pattern）

生成器模式（也叫建造者模式）是一種創(chuàng)建型設計模式，它將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創(chuàng)建不同的表示。

即有些對象的創(chuàng)建流程是一樣的，但是創(chuàng)建出來的對象一些自身特性可以是不一樣的，所以需要將對象的表示（外觀）和對象具體的構建分開來。

生成器模式把對象的構建步驟抽象成生成器（builder），指導類（director）對所有生成步驟的先后順序進行控制。客戶端使用指導類并傳入相應的生成器，通過指導類的接口便可以得到相應的對象。

Builder：生成器接口，定義了創(chuàng)建一個 Product 對象所需的各個部件的操作，以及獲取產品的方法。

ConcreteBuilder：生成器接口具體實現類，實現各個部件的創(chuàng)建并負責組裝，并返回構建好的產品對象。

Director：指導者，使用 Builder 接口，以一個統一的過程來構建所需要的 Product 對象。

Product：產品，被生成器構建的復雜對象，包含多個部件。

現在我們使用生成器模式改寫開頭的例子，我們首先需要定義一個生成器接口。

package com.chenpi.builder; /** * @Description 汽車生成器接口 * @Author 陳皮 * @Date 2021/8/8 * @Version 1.0 */ public interface CarBuilder { Car builder(); void buildEngine(); void buildWheel(); void buildSteeringWheel(); }

假設我們現在需要沃爾沃的汽車，那么就定義一個沃爾沃的生成器接口實現類。

package com.chenpi.builder; /** * @Description 沃爾沃汽車生成器 * @Author 陳皮 * @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("沃爾沃")); } @Override public void buildWheel() { car.setWheel(new Wheel("175/70R")); } @Override public void buildSteeringWheel() { car.setSteeringWheel(new SteeringWheel("Black")); } }

再定義汽車指導者，負責指導汽車產品的構建。

package com.chenpi.builder; /** * @Description 汽車指導者 * @Author 陳皮 * @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，客戶端就選擇特定的生成器實現類對象，傳遞給指導類對象，讓它生產我們需要的產品對象即可。

package com.chenpi.builder; /** * @Description 客戶端 * @Author 陳皮 * @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); } } // 輸出結果如下 Car{engine=Engine{brand='沃爾沃'}, steeringWheel=SteeringWheel{color='Black'}, wheel=Wheel{type='175/70R'}}

3 生成器模式簡化版

生成器模式的主要功能是構建復雜的產品，而且是細化的、分步驟的構建產品，也就是生成器模式重在一步一步解決構造復雜對象的問題。

你是否發(fā)現上述的生成器模式會比較復雜，定義太多的接口和類等。其實實際使用中會根據情況進行調整。例如上述的生成器對象和被構建的對象是分開的，那其實客戶端可以直接使用 new 被構建對象的方式來創(chuàng)建產品對象，這樣就導致生成器模式荒廢了，所以我們可以將生成器對象合并到被構建的對象中去，稱為它的一個內部類。

而且我們也可以不再需要指導類，直接讓客戶端使用生成器對象進行構建最終產品。

假設我們現在需要一個 Mongo 客戶端參數選項對象，來進行 Mongo 客戶端的配置，那我們就可以定義一個客戶端參選選項類，存放各種參數，并且將生成器定義為它的內部類，用來構建 Mongo 客戶端參數選項對象。

實際開發(fā)中，Mongo 客戶端配置參數是很多的，可達十幾二十多個，為方便演示，我們只定義幾個。這些參數值通過生成器來進行配置構建，并對參數合理值進行校驗。

而且我們將 MongoClientOptions 類的構造方法定義為私有的，所以外部只能通過生成器來構建 MongoClientOptions 對象。

package com.chenpi.builder.mongo; /** * @Description mongo客戶端參數選項 * @Author 陳皮 * @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; } // 創(chuàng)建一個生成器對象 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; } // 構建一個最終的mongo客戶端選項對象 public MongoClientOptions build() { return new MongoClientOptions(this); } } }

接下來，我們演示如何使用生成器來構建一個 MongoClientOptions 對象。使用鏈式編程的方式，很簡單輕松的就構建出我們需要的對象了。

package com.chenpi.builder.mongo; /** * @Description * @Author 陳皮 * @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(); } }

本次分享到此結束啦~~

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