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設計模式之建造者模式

2022-08-04 09:15:50 軟體設計

本文由老王家組裝電腦引出——建造者設計模式,詳細介紹建造者模式的基本概念和實作代碼,為了便于理解建造者模式,我們會對實際應用中的典型案例進行介紹,最后對比工廠模式和建造者模式之間的區別,讓我們在實際使用時能更加靈活的選擇設計模式,

讀者可以拉取完整代碼到本地進行學習,實作代碼均測驗通過后上傳到碼云,

一、引出問題

老王家需要組裝一臺筆記本電腦,但是就先買辦公本還是游戲本的問題,老王和小王吵了起來,

因為如果兩臺電腦都要,那么采購CPU、記憶體.......一系列配件不僅需要專業的知識,而且辦公本和游戲本的配置也是不一樣的,對于老王和小王來說,這都是現實的復雜問題,就這樣,他們從家一路吵到了電腦店......

售貨員給他們出來一個主意,如果將配置電腦這個活交給一個專業的指揮者,然后讓指揮者將采購配件交給具體的游戲本和辦公本的的采購人員,這樣你們只需要將需要的資訊交給指揮者就行了,而無需關注采購和組裝程序,

這是老板又出來補充了一句,為了讓指揮者不依賴具體的采購人員,可以將采購人員進一步抽象出來,

二、模式概念與使用

實際上,上面涉及到的問題的解決辦法正是設計模式中的——建造者模式,也是創建型設計模式中的最后一個,

建造者模式將物件的創建程序和表現分離,并且呼叫方通過指揮者呼叫方法對物件進行構建,使得呼叫方不再關心物件構建程序,構建物件的具體程序可以根據傳入型別的不同而改變,

老王、小王就相當于客戶端呼叫方,指揮采購電腦的就是呼叫方法,他們的最終目的就是構建復雜的物件(組裝電腦),老王、小王只需要把相關資訊交給指揮者,指揮者直接交給他成品,小王、老王無需關心具體的細節,

在這個設計模式中包括四個角色:

產品、建造者、具體建造者、指揮者

在實際使用中為了簡化也并不是四個角色都需要,往往只保留具體的構建程序,

我們以老王組建電腦為例,看具體的實作代碼:

產品類(電腦)

/**
 * 產品
 * @author tcy
 * @Date 30-07-2022
 */
public class Computer {
    private String CPU;
    private String GPU;
    private String memory;
    private String motherboard;
    private String hardDisk;


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

    public void setGPU(String GPU) {
        this.GPU = GPU;
    }

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

    public void setMotherboard(String motherboard) {
        this.motherboard = motherboard;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "you have a computer:\n" +
                "\t CPU: " + CPU + "\n" +
                "\t GPU: " + GPU + "\n" +
                "\t memory: " + memory + "\n" +
                "\t motherboard: " + motherboard + "\n" +
                "\t hardDisk: " + hardDisk + "\n";
    }
    Computer() {

    }

    Computer(String CPU, String GPU, String memory, String motherboard, String hardDisk) {
        this.CPU = CPU;
        this.GPU = GPU;
        this.memory = memory;
        this.motherboard = motherboard;
        this.hardDisk = hardDisk;
    }
    }

抽象建造者:

/**
 * 抽象建造者
 * @author tcy
 * @Date 30-07-2022
 */
public abstract class AbstractComputerBuilder {

    protected Computer computer = new Computer();

    public abstract void CPU();

    public abstract void GPU();

    public abstract void memory();

    public abstract void motherboard();

    public abstract void hardDisk();

    public abstract Computer getComputer();
}

具體建造者1(辦公本組裝者):

/**
 * 具體建造者2
 * @author tcy
 * @Date 30-07-2022
 */
public class OfficeComputerBuilder extends AbstractComputerBuilder{
    @Override
    public void CPU() {
        computer.setCPU("i7-7700k");
    }

    @Override
    public void GPU() {
        computer.setGPU("GTX 1050 Ti");
    }

    @Override
    public void memory() {
        computer.setMemory("32GB");
    }

    @Override
    public void motherboard() {
        computer.setMotherboard("ASUS  B560M-PLUS");
    }

    @Override
    public void hardDisk() {
        computer.setHardDisk("1TB SSD");
    }

    @Override
    public Computer getComputer() {
        System.out.println("得到了一個辦公電腦...");
        return computer;
    }
}

具體建造者2(游戲本組裝者):

/**
 * 具體建造者1
 * @author tcy
 * @Date 30-07-2022
 */
public class GameComputerBuilder extends AbstractComputerBuilder{
    @Override
    public void CPU() {
        computer.setCPU("i9-12900K");
    }

    @Override
    public void GPU() {
        computer.setGPU("RTX 3090 Ti");
    }

    @Override
    public void memory() {
        computer.setMemory("64GB");
    }

    @Override
    public void motherboard() {
        computer.setMotherboard("Z590 AORUS MASTER");
    }

    @Override
    public void hardDisk() {
        computer.setHardDisk("2TB SSD");
    }

    @Override
    public Computer getComputer() {
        System.out.println("得到了一個游戲電腦...");
        return computer;
    }
}

指揮者:

/**
 * 指揮者
 * @author tcy
 * @Date 30-07-2022
 */
public class Director {
    private AbstractComputerBuilder builder;

    public Director(AbstractComputerBuilder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public Computer construct() {
        builder.CPU();
        builder.GPU();

        Computer product = builder.getComputer();
        return product;
    }
}

呼叫方(老王和小王):

/**
 * @author tcy
 * @Date 30-07-2022
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        new Director(new GameComputerBuilder()).construct();

        new Director(new OfficeComputerBuilder()).construct();
        }

這樣對于老王(呼叫方)來說,他需要辦公本就直接將他需要辦公本告訴指揮者,指揮者去呼叫相應的采購員,老王無需知道具體的采購程序,小王也同樣適用,

為了讓讀者理解的更加清晰,我們以Jdk、Mybatis、Spring中的典型適用再做介紹和講解,

三、典型應用

1、Jdk應用及Lombok應用

①StringBuilder就是使用的建造者模式,

StringBuilder 類繼承AbstractStringBuilder而我們每次在呼叫 append 方法的時候就是在往 AbstractStringBuilder 類中變數 value 中追加字符,

所以此時 AbstractStringBuilder 就對應抽象建造者,StringBuilder 就是具體的建造者,String 物件就是我們所需要的產品,

但是此時我們并沒有發現 Director,其實此時的 StringBuilder 類同時也充當著 Director 的角色,其 toString() 方法就是回傳最終 String 物件,

②在我們使用Lombok時在物體會加注解 @Builder,

在物體上加@Builder 實際上生成了一個內部類,反編譯后我們看內部類的具體代碼,

public static Computer.ComputerBuilder builder() {
    return new Computer.ComputerBuilder();
}

public static class ComputerBuilder {
    private String CPU;
    private String GPU;
    private String memory;
    private String motherboard;
    private String hardDisk;

    ComputerBuilder() {
    }
    //鏈式呼叫----------------start
    public Computer.ComputerBuilder CPU(String CPU) {
        this.CPU = CPU;
        return this;
    }

    public Computer.ComputerBuilder GPU(String GPU) {
        this.GPU = GPU;
        return this;
    }

    public Computer.ComputerBuilder memory(String memory) {
        this.memory = memory;
        return this;
    }

    public Computer.ComputerBuilder motherboard(String motherboard) {
        this.motherboard = motherboard;
        return this;
    }

    public Computer.ComputerBuilder hardDisk(String hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
        return this;
    }
    //鏈式呼叫----------------end
    public Computer build() {
        return new Computer(this.CPU, this.GPU, this.memory, this.motherboard, this.hardDisk);
    }

    public String toString() {
        return "Computer.ComputerBuilder(CPU=" + this.CPU + ", GPU=" + this.GPU + ", memory=" + this.memory + ", motherboard=" + this.motherboard + ", hardDisk=" + this.hardDisk + ")";
    }
}

靜態內部類實際上充當建造者、指揮者的角色,創建物件時直接呼叫 物體.builder() 會生成該物件 然后呼叫set鏈式呼叫賦值,

Computer.ComputerBuilder computerBuilder=Computer.builder();
computerBuilder.CPU("it-9000")
        .memory("500m");

這就大大簡化了物件的創建程序,還可以通過鏈式呼叫賦值,

2、Mybatis中的應用

MyBatis中的SqlSessionFactoryBuilder使用的建造者模式,

每個基于 MyBatis 的應用都是以一個 SqlSessionFactory 的實體為核心的,SqlSessionFactory 的實體可以通過 SqlSessionFactoryBuilder 獲得,

而 SqlSessionFactoryBuilder 則可以從 XML 組態檔或一個預先定制的 Configuration 的實體構建出 SqlSessionFactory 的實體,

SqlSessionFactory 就是Mybatis需要的“產品”,SqlSessionFactoryBuilder就是一個建造者,從xml組態檔或者Configuration 中取出需要的資訊構成不用的物件,

3、Spring中的應用

Spring中的BeanDefinitionBuilder

BeanDefinition 是一個復雜物件,通過 BeanDefinitionBuilder 來創建它,在啟動程序中,會通過BeanDefinitionBuilder 來一步步構造復雜物件 BeanDefinition,然后通過 getBeanDefinition() 方法獲取 BeanDefinition 物件,得到 BeanDefinition 后,將它注冊到 IOC 容器中(存放在 beanDefinitionMap 中)

BeanDefinition 就是需要的“產品”,BeanDefinitionBuilder 就是建設者,

四、總結

我們可以看到,工廠模式和建造者模式用屬于創建型設計模式,最終目的都是創建物件,那他們之間有什么區別呢?在實際運用時又如何選擇呢?

其實對比看我們在上篇文章、工廠模式的例子,我們舉的例子是老王購買產品A、B、C看名字就像是批量生產,而且我們并沒有說構建程序,就像是工廠生產產品一樣,而我們這篇文章舉的例子卻是電腦這么具體且復雜的產品,且更注重每一步的組裝程序,看到這我們模模糊糊能感受到他們之間的區別,

①工廠模式創建物件無需分步驟,獲取的產品物件完全一樣;而建造者模式會因為建造的順序不同,導致產出的產品不同(比如上面的StringBuilder);
②建造者模式更適合構建復雜的物件,可以分步驟逐步充實產品特性,而工廠模式要求在創建物件的時候就需要把所有屬性設定好;

如果只看概念性東西還是有些蒼白無力,我們舉一個典型的Spring中的例子做對比,

Spring 中的 FactoryBean 介面用的就是工廠方法模式,FactoryBean 是一個工廠 bean,我們可以通過實作 FactoryBean 介面并重寫它的 getObject() 方法來自定義工廠 bean,并自定義我們需要生成的 bean,

Spring 中自身就有很多 FactoryBean 的實作,他們隱藏了實體化一些復雜 bean 的細節,呼叫者無需關注那些復雜 bean 是如何創建的,只需要通過這個工廠 bean 來獲取就行了!

而BeanDefinition是一個復雜且高度個性化的一個bean,里面有很多Bean的資訊,例如類名、scope、屬性、建構式引數串列、依賴的bean、是否是單例類、是否是懶加載等,其實就是將Bean的定義資訊存盤到這個BeanDefinition相應的屬性中,創建程序使用建造者模式更合適,

結合典型應用,認真體會建造者模式和工廠模式區別,參考軟體設計七大原則 在實際應用中更加靈活的使用,不生搬硬套,

這篇文章結束五種創建型模式就告一段落了,

一、設計模式概述

二、設計模式之工廠方法和抽象工廠

三、設計模式之單例和原型

讀者一定要認真體會他們之間的區別,最好是把代碼都寫一遍加強理解,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/ruanti/500853.html

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