研磨设计模式 之 生成器模式（Builder）3 ——跟着cc学设计系列

（1）生成器模式的功能

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解决一步一步构造复杂对象的问题。如果光是这么认识生成器模式的功能是不够的。

更为重要的是，这个构建的过程是统一的，固定不变的，变化的部分放到生成器部分了，只要配置不同的生成器，那么同样的构建过程，就能构建出不同的产品表示来。

再直白点说，生成器模式的重心在于分离构建算法和具体的构造实现，从而使得构建算法可以重用，具体的构造实现可以很方便的扩展和切换，从而可以灵活的组合来构造出不同的产品对象。

（2）生成器模式的构成

要特别注意，生成器模式分成两个很重要的部分：

一个部分是Builder接口这边，这边是定义了如何构建各个部件，也就是知道每个部件功能如何实现，以及如何装配这些部件到产品中去；另外一个部分是Director这边，Director是知道如何组合来构建产品，也就是说Director负责整体的构建算法，而且通常是分步骤的来执行。

不管如何变化，Builder模式都存在这么两个部分，一个部分是部件构造和产品装配，另一个部分是整体构建的算法。认识这点是很重要的，因为在生成器模式中，强调的是固定整体构建的算法，而灵活扩展和切换部件的具体构造和产品装配的方式，所以要严格区分这两个部分。

在Director实现整体构建算法的时候，遇到需要创建和组合具体部件的时候，就会把这些功能通过委托，交给Builder去完成。

（3）生成器模式的使用

应用生成器模式的时候，可以让客户端创造Director，在Director里面封装整体构建算法，然后让Director去调用Builder，让Builder来封装具体部件的构建功能，这就跟前面的例子一样。

还有一种退化的情况，就是让客户端和Director融合起来，让客户端直接去操作Builder，就好像是指导者自己想要给自己构建产品一样。

（4）生成器模式的调用顺序示意图

生成器模式的调用顺序如图8.3所示：

?

图8.3? 生成器模式的调用顺序示意图

8.3.2? 生成器模式的实现

（1）生成器的实现

实际上在Builder接口的实现中，每个部件构建的方法里面，除了部件装配外，也可以实现如何具体的创建各个部件对象，也就是说每个方法都可以有两部分功能，一个是创建部件对象，一个是组装部件。

在构建部件的方法里面可以实现选择并创建具体的部件对象，然后再把这个部件对象组装到产品对象中去，这样一来，Builder就可以和工厂方法配合使用了。

再进一步，如果在实现Builder的时候，只有创建对象的功能，而没有组装的功能，那么这个时候的Builder实现跟抽象工厂的实现是类似的。

这种情况下，Builder接口就类似于抽象工厂的接口，Builder的具体实现就类似于具体的工厂，而且Builder接口里面定义的创建各个部件的方法也是有关联的，这些方法是构建一个复杂对象所需要的部件对象，仔细想想，是不是非常类似呢。

（2）指导者的实现

???????在生成器模式里面，指导者承担的是整体构建算法部分，是相对不变的部分。因此在实现指导者的时候，把变化的部分分离出去是很重要的。

?????? 其实指导者分离出去的变化部分，就到了生成器那边，指导者知道整体的构建算法，就是不知道如何具体的创建和装配部件对象。

?????? 因此真正的指导者实现，并不仅仅是如同前面示例那样，简单的按照一定顺序调用生成器的方法来生成对象，并没有这么简单。应该是有较为复杂的算法和运算过程，在运算过程中根据需要，才会调用生成器的方法来生成部件对象。

（3）指导者和生成器的交互

?????? 在生成器模式里面，指导者和生成器的交互，是通过生成器的那些buildPart方法来完成的。在前面的示例中，指导者和生成器是没有太多相互交互的，指导者仅仅只是简单的调用了一下生成器的方法，在实际开发中，这是远远不够的。

?????? 指导者通常会实现比较复杂的算法或者是运算过程，在实际中很可能会有这样的情况：

在运行指导者的时候，会按照整体构建算法的步骤进行运算，可能先运行前几步运算，到了某一步骤，需要具体创建某个部件对象了，然后就调用Builder中创建相应部件的方法来创建具体的部件。同时，把前面运算得到的数据传递给Builder，因为在Builder内部实现创建和组装部件的时候，可能会需要这些数据Builder创建完具体的部件对象后，会把创建好的部件对象返回给指导者，指导者继续后续的算法运算，可能会用到已经创建好的对象如此反复下去，直到整个构建算法运行完成，那么最终的产品对象也就创建好了

通过上面的描述，可以看出指导者和生成器是需要交互的，方式就是通过生成器方法的参数和返回值，来回的传递数据。事实上，指导者是通过委托的方式来把功能交给生成器去完成。

（4）返回装配好的产品的方法

在标准的生成器模式里面，在Builder实现里面会提供一个返回装配好的产品的方法，在Builder接口上是没有的。它考虑的是最终的对象一定要通过部件构建和装配，才算真正创建了，而具体干活的就是这个Builder实现，虽然指导者也参与了，但是指导者是不负责具体的部件创建和组装的，因此客户端是从Builder实现里面获取最终装配好的产品。

当然在Java里面，我们也可以把这个方法添加到Builder接口里面。

（5）关于被构建的产品的接口

在使用生成器模式的时候，大多数情况下是不知道最终构建出来的产品是什么样的，所以在标准的生成器模式里面，一般是不需要对产品定义抽象接口的，因为最终构造的产品千差万别，给这些产品定义公共接口几乎是没有意义的。

8.3.3? 使用生成器模式构建复杂对象

考虑这样一个实际应用，要创建一个保险合同的对象，里面很多属性的值都有约束，要求创建出来的对象是满足这些约束规则的。约束规则比如：保险合同通常情况下可以和个人签订，也可以和某个公司签订，但是一份保险合同不能同时与个人和公司签订。这个对象里面有很多类似这样的约束，那么该如何来创建这个对象呢？

要想简洁直观、安全性好、又具有很好的扩展性的来创建这个对象的话，一个很好的选择就是使用Builder模式，把复杂的创建过程通过buidler来实现。

采用Builder模式来构建复杂的对象，通常会对Builder模式进行一定的简化，因为目标明确，就是创建某个复杂对象，因此做适当简化会使程序更简洁，大致简化如下：

由于是用Builder模式来创建某个对象，因此就没有必要再定义一个Builder接口，直接提供一个具体的构建器类就可以了对于创建一个复杂的对象，可能会有很多种不同的选择和步骤，干脆去掉“指导者”，把指导者的功能和Client的功能合并起来，也就是说，Client这个时候就相当于指导者，它来指导构建器类去构建需要的复杂对象

还是来看看示例会比较清楚，为了实例简单，先不去考虑约束的实现，只是考虑如何通过Builder模式来构建复杂对象。

1：使用Builder模式来构建复杂对象，先不考虑带约束

（1）先看一下保险合同的对象，示例代码如下：

/**

?* 保险合同的对象

?*/

public class InsuranceContract {

??? /**

??? ?* 保险合同编号

??? ?*/

??? private String contractId;

??? /**

??? ?* 被保险人员的名称，同一份保险合同，要么跟人员签订，要么跟公司签订，

??? ?* 也就是说，"被保险人员"和"被保险公司"这两个属性，不可能同时有值

??? ?*/

??? private String personName;

??? /**

??? ?* 被保险公司的名称

??? ?*/

??? private String companyName;

??? /**

??? ?* 保险开始生效的日期

??? ?*/

??? private long beginDate;

??? /**

??? ?* 保险失效的日期，一定会大于保险开始生效的日期

??? ?*/

??? private long endDate;

??? /**

??? ?* 示例：其它数据

??? ?*/

??? private String otherData;

?

??? /**

??? ?* 构造方法，访问级别是同包能访问

??? ?*/

??? InsuranceContract(ConcreteBuilder builder){

?????? this.contractId = builder.getContractId();

?????? this.personName = builder.getPersonName();

?????? this.companyName = builder.getCompanyName();

?????? this.beginDate = builder.getBeginDate();

?????? this.endDate = builder.getEndDate();

?????? this.otherData = builder.getOtherData();

??? }

?

??? /**

??? ?* 示意：保险合同的某些操作

??? ?*/

??? public void someOperation(){

?????? System.out.println(

?????????????????????? "Now in Insurance Contract someOperation=="

?????????????????????? +this.contractId);

??? }

}

注意上例中的构造方法是default的访问权限，也就是不希望外部的对象直接通过new来构建保险合同对象；另外构造方法传入的是构建器对象，里面包含有所有保险合同需要的数据。

（2）看一下具体的构建器的实现，示例代码如下：

/**

?* 构造保险合同对象的构建器

?*/

public class ConcreteBuilder {

??? private String contractId;

??? private String personName;

??? private String companyName;

??? private long beginDate;

??? private long endDate;

??? private String otherData;

??? /**

??? ?* 构造方法，传入必须要有的参数

??? ?* @param contractId 保险合同编号

??? ?* @param beginDate 保险开始生效的日期

??? ?* @param endDate 保险失效的日期

??? ?*/

??? public ConcreteBuilder(String contractId,long beginDate,long endDate){

?????? this.contractId = contractId;

?????? this.beginDate = beginDate;

?????? this.endDate = endDate;

??? }

??? /**

??? ?* 选填数据，被保险人员的名称

??? ?* @param personName? 被保险人员的名称

??? ?* @return 构建器对象

??? ?*/

??? public ConcreteBuilder setPersonName(String personName){

?????? this.personName = personName;

?????? return this;

??? }

??? /**

??? ?*? 选填数据，被保险公司的名称

??? ?* @param companyName 被保险公司的名称

??? ?* @return 构建器对象

??? ?*/

??? public ConcreteBuilder setCompanyName(String companyName){

?????? this.companyName = companyName;

?????? return this;

??? }

??? /**

??? ?* 选填数据，其它数据

??? ?* @param otherData 其它数据

??? ?* @return 构建器对象

??? ?*/

??? public ConcreteBuilder setOtherData(String otherData){

?????? this.otherData = otherData;

?????? return this;

??? }

??? /**

??? ?* 构建真正的对象并返回

??? ?* @return 构建的保险合同的对象

??? ?*/

??? public InsuranceContract build(){

?????? return new InsuranceContract(this);

??? }

?

??? public String getContractId() {

?????? return contractId;

??? }

??? public String getPersonName() {

?????? return personName;

??? }

??? public String getCompanyName() {

?????? return companyName;

??? }

??? public long getBeginDate() {

?????? return beginDate;

??? }

??? public long getEndDate() {

?????? return endDate;

??? }

??? public String getOtherData() {

?????? return otherData;

??? }

}

?????? 注意上例中，构建器提供了类似于setter的方法，来供外部设置需要的参数，为何说是类似于setter方法呢？请注意观察，每个这种方法都有返回值，返回的是构建器对象，这样客户端就可以通过连缀的方式来使用Builder，以创建他们需要的对象。

（3）接下来看看此时的Client，如何使用上面的构建器来创建保险合同对象，示例代码如下：

public class Client {

??? public static void main(String[] args) {

?????? //创建构建器

?????? ConcreteBuilder builder =

?????????????????????????? new ConcreteBuilder("001",12345L,67890L);

?????? //设置需要的数据，然后构建保险合同对象

?????? InsuranceContract contract = builder

?????????????? .setPersonName("张三").setOtherData("test").build();

?????? //操作保险合同对象的方法

?????? contract.someOperation();

??? }

}

运行结果如下：

Now in Insurance Contract someOperation==001

看起来通过Builder模式构建对象也很简单，接下来，把约束加上去，看看如何实现。

2：使用Builder模式来构建复杂对象，考虑带约束规则

?????? 要带着约束规则构建复杂对象，大致的实现步骤与刚才的实现并没有什么不同，只是需要在刚才的实现上把约束规则添加上去。

?????? 通常有两个地方可以添加约束规则：

一个是构建器的每一个类似于setter的方法，可以在这里进行单个数据的约束规则校验，如果不正确，就抛出IllegalStateException另一个是构建器的build方法，在创建保险合同对象之前，对所有的数据都可以进行数据的约束规则校验，尤其是那些涉及到几个数据之间的约束关系，在这里校验会比较合适。如果不正确，同样抛出IllegalStateException

这里选择在构建器的build方法里面，进行数据的整体校验，由于其它的代码都没有变化，因此就不去赘述了，新的build方法的示例代码如下：

??? /**

??? ?* 构建真正的对象并返回

??? ?* @return 构建的保险合同的对象

??? ?*/

??? public InsuranceContract build(){

?????? if(contractId==null || contractId.trim().length()==0){

?????????? throw new IllegalArgumentException("合同编号不能为空");

?????? }

?????? boolean signPerson =

????????????????? personName!=null && personName.trim().length()>0;

?????? boolean signCompany =

?????????????? companyName!=null && companyName.trim().length()>0;

?

?????? if(signPerson && signCompany){

?????????? throw new IllegalArgumentException(

????????????????????????????????????? "一份保险合同不能同时与人和公司签订");

?????? }?????

?????? if(signPerson==false && signCompany==false){

?????????? throw new IllegalArgumentException(

????????????????????????????????????? "一份保险合同不能没有签订对象");

?????? }

?????? if(beginDate<=0){

?????????? throw new IllegalArgumentException(

????????????????????????????????????? "合同必须有保险开始生效的日期");

?????? }

?????? if(endDate<=0){

?????????? throw new IllegalArgumentException(

????????????????????????????????????? "合同必须有保险失效的日期");

?????? }

?????? if(endDate<=beginDate){

?????????? throw new IllegalArgumentException(

????????????????????????????????????? "保险失效的日期必须大于保险生效日期");

?????? }

?

?????? return new InsuranceContract(this);

??? }

你可以修改客户端的构建代码，传入不同的数据，看看这些约束规则是否能够正常工作，当然类似的规则还有很多，这里就不去深究了。

3：进一步，把构建器对象和被构建对象合并

其实，在实际开发中，如果构建器对象和被构建的对象是这样分开的话，可能会导致同包内的对象不使用构建器来构建对象，而是直接去使用new来构建对象，这会导致错误；另外，这个构建器的功能就是为了创建被构建的对象，完全可以不用单独一个类。

对于这种情况，重构的手法通常是将类内联化（Inline Class），放到这里来，简单点说就是把构建器对象合并到被构建对象里面去。

还是看看示例会比较清楚，示例代码如下：

public class InsuranceContract {

??? private String contractId;

??? private String personName;

??? private String companyName;

??? private long beginDate;

??? private long endDate;

??? private String otherData;

?

??? /**

??? ?* 构造方法，访问级别是私有的

??? ?*/

????private?InsuranceContract(ConcreteBuilder builder){

?????? this.contractId = builder.contractId;

?????? this.personName = builder.personName;

?????? this.companyName = builder.companyName;

?????? this.beginDate = builder.beginDate;

?????? this.endDate = builder.endDate;

?????? this.otherData = builder.otherData;

??? }

?

??? /**

??? ?* 构造保险合同对象的构建器，作为保险合同的类级内部类

??? ?*/

????public?static class ConcreteBuilder {

?????? private String contractId;

?????? private String personName;

?????? private String companyName;

?????? private long beginDate;

?????? private long endDate;

?????? private String otherData;

?????? /**

?????? ?* 构造方法，传入必须要有的参数

?????? ?* @param contractId 保险合同编号

?????? ?* @param beginDate 保险开始生效的日期

?????? ?* @param endDate 保险失效的日期

?????? ?*/

?????? public ConcreteBuilder(String contractId,

?????????????????????????????????? long beginDate,long endDate){

?????????? this.contractId = contractId;

?????????? this.beginDate = beginDate;

?????????? this.endDate = endDate;

?????? }

?????? /**

?????? ?* 选填数据，被保险人员的名称

?????? ?* @param personName? 被保险人员的名称

?????? ?* @return 构建器对象

?????? ?*/

?????? public ConcreteBuilder setPersonName(String personName){

?????????? this.personName = personName;

?????????? return this;

?????? }

?????? /**

?????? ?* ?选填数据，被保险公司的名称

?????? ?* @param companyName 被保险公司的名称

?????? ?* @return 构建器对象

?????? ?*/

?????? public ConcreteBuilder setCompanyName(String companyName){

?????????? this.companyName = companyName;

?????????? return this;

?????? }

?????? /**

?????? ?* 选填数据，其它数据

?????? ?* @param otherData 其它数据

?????? ?* @return 构建器对象

?????? ?*/

?????? public ConcreteBuilder setOtherData(String otherData){

?????????? this.otherData = otherData;

?????????? return this;

?????? }

?????? /**

?????? ?* 构建真正的对象并返回

?????? ?* @return 构建的保险合同的对象

?????? ?*/

?????? public InsuranceContract build(){

?????????? if(contractId==null || contractId.trim().length()==0){

????????????? throw new IllegalArgumentException(

????????????????????????????????????????????? "合同编号不能为空");

?????????? }

?????????? boolean signPerson =

????????????????? personName!=null && personName.trim().length()>0;

?????????? boolean signCompany =

??????????????? companyName!=null && companyName.trim().length()>0;

?????????? if(signPerson && signCompany){

????????????? throw new IllegalArgumentException(

???????????????????????????????? "一份保险合同不能同时与人和公司签订");

?????????? }?????

?????????? if(signPerson==false && signCompany==false){

????????????? throw new IllegalArgumentException(

???????????????????????????????? "一份保险合同不能没有签订对象");

?????????? }

?????????? if(beginDate<=0){

????????????? throw new IllegalArgumentException(

???????????????????????????????? "合同必须有保险开始生效的日期");

?????????? }

?????????? if(endDate<=0){

????????????? throw new IllegalArgumentException(

?????????????? ??????????????????"合同必须有保险失效的日期");

?????????? }

?????????? if(endDate<=beginDate){

????????????? throw new IllegalArgumentException(

???????????????????????????????? "保险失效的日期必须大于保险生效日期");

?????????? }

?

?????????? return new InsuranceContract(this);

?????? }

??? }

?

??? /**

??? ?* 示意：保险合同的某些操作

??? ?*/

??? public void someOperation(){

?????? System.out.println(

??????????????????????? "Now in Insurance Contract someOperation=="

??????????????????????? +this.contractId);

??? }

}

通过上面的示例可以看出，这种实现方式会更简单和直观。

此时客户端的写法也发生了一点变化，主要就是创建构造器的地方需要变化，示例代码如下：

public class Client {

??? public static void main(String[] args) {

?????? //创建构建器

?????? InsuranceContract.ConcreteBuilder builder =

????? new InsuranceContract.ConcreteBuilder("001",12345L,67890L);

?????? //设置需要的数据，然后构建保险合同对象

?????? InsuranceContract contract = builder

?????????????? .setPersonName("张三").setOtherData("test").build();

?????? //操作保险合同对象的方法

?????? contract.someOperation();

??? }

}

去测试一下看看，体会一下使用Builder模式来构建复杂对象，尤其是在构造方法需要大量参数，或者是构建带约束规则的复杂对象时的使用方式。

8.3.4? 生成器模式的优缺点

l????????? 松散耦合
??? 生成器模式可以用同一个构建算法，构建出表现上完全不同的产品，实现产品构建和产品表现上的分离。生成器模式正是把产品构建的过程独立出来，使它和具体产品的表现松散耦合，从而使得构建算法可以复用，而具体产品表现也可以灵活的、方便的扩展和切换。

l????????? 可以很容易的改变产品的内部表示
??? 在生成器模式中，由于Builder对象只是提供接口给Director使用，那么具体的部件创建和装配方式是被Builder接口隐藏了的，Director并不知道这些具体的实现细节。这样一来，要想改变产品的内部表示，只需要切换Builder的具体实现即可，不用管Director，因此变得很容易。

l????????? 更好的复用性
??? 生成器模式很好的实现了构建算法和具体产品实现的分离，这样一来，使得构建产品的算法可以复用。同样的道理，具体产品的实现也可以复用，同一个产品的实现，可以配合不同的构建算法使用。

8.3.5? 思考生成器模式

1：生成器模式的本质

生成器模式的本质：分离整体构建算法和部件构造。

?????? 构建一个复杂的对象，本来就有构建的过程，以及构建过程中具体的实现，生成器模式就是用来分离这两个部分，从而使得程序结构更松散、扩展更容易、复用性更好，同时也会使得代码更清晰，意图更明确。

虽然在生成器模式的整体构建算法中，会一步一步引导Builder来构建对象，但这并不是说生成器就主要是用来实现分步骤构建对象的。生成器模式的重心还是在于分离整体构建算法和部件构造，而分步骤构建对象不过是整体构建算法的一个简单表现，或者说是一个附带产物。

2：何时选用生成器模式

建议在如下情况中，选用生成器模式：

如果创建对象的算法，应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时如果同一个构建过程有着不同的表示时8.3.6? 相关模式

l????????? 生成器模式和工厂方法模式
??? 这两个模式可以组合使用。
??? 生成器模式的Builder实现中，通常需要选择具体的部件实现，一个可行的方案就是实现成为工厂方法，通过工厂方法来获取具体的部件对象，然后再进行部件的装配。

l????????? 生成器模式和抽象工厂模式
??? 这两个模式既相似又有区别，也可以组合使用
??? 先说相似性，这个在8.3.2小节的第一个小题目里面已经详细讲述了，这里就不去重复了。
??? 再说说区别：抽象工厂模式的主要目的是创建产品簇，这个产品簇里面的单个产品，就相当于是构成一个复杂对象的部件对象，抽象工厂对象创建完成过后就立即返回整个产品簇；而生成器模式的主要目的是按照构造算法，一步一步来构建一个复杂的产品对象，通常要等到整个构建过程结束过后，才会得到最终的产品对象。
??? 事实上，这两个模式是可以组合使用的，在生成器模式的Builder实现中，需要创建各个部件对象，而这些部件对象是有关联的，通常是构成一个复杂对象的部件对象，也就是说，Builder实现中，需要获取构成一个复杂对象的产品簇，那自然就可以使用抽象工厂模式来实现。这样一来，由抽象工厂模式负责了部件对象的创建，Builder实现里面就主要负责产品对象整体的构建了。

l????????? 生成器模式和模板方法模式
??? 这也是两个非常类似的模式。初看之下，不会觉得这两个模式有什么关联，但是仔细一思考，发现两个模式在功能上很类似。
??? 模板方法模式主要是用来定义算法的骨架，把算法中某些步骤延迟到子类中实现。再想想生成器模式，Director用来定义整体的构建算法，把算法中某些涉及到具体部件对象的创建和装配的功能，委托给具体的Builder来实现。
??? 虽然生成器不是延迟到子类，是委托给Builder，但那只是具体实现方式上的差别，从实质上看两个模式很类似，都是定义一个固定的算法骨架，然后把算法中的某些具体步骤交给其它类来完成，都能实现整体算法步骤和某些具体步骤实现的分离。
??? 当然两个模式也有很大的区别，首先是模式的目的，生成器模式是用来构建复杂对象的，而模板方法是用来定义算法骨架，尤其是一些复杂的业务功能的处理算法的骨架；其次是模式的实现，生成器模式是采用委托的方法，而模板方法是采用的继承的方式；另外从使用的复杂度上，生成器模式需要组合Director和Builder对象，然后才能开始构建，要等构建完后才能获得最终的对象，而模板方法就没有这么麻烦，直接使用子类对象即可。

l????????? 生成器模式和组合模式
??? 这两个模式可以组合使用。
??? 对于复杂的组合结构，可以使用生成器模式来一步一步构建。

?


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