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本章学习一个比较常用的创建型设计模式#xff0c;Builder 模式#xff0c;中文翻译为建造者模式或构建者模式#xff0c;也有人叫它生成器模式。
建造者模式的原理和代码实现非常简单#xff0c;掌握起来并不难#xff0c;难点在于应用场景。比如#xff0c;你有…概述
本章学习一个比较常用的创建型设计模式Builder 模式中文翻译为建造者模式或构建者模式也有人叫它生成器模式。
建造者模式的原理和代码实现非常简单掌握起来并不难难点在于应用场景。比如你有没有考虑过这样几个问题
直接使用构造函数或者配合 set 方法就能创建对象为什么还需要建造者模式来创建呢建造者模式和工厂模式都可以创建对象它们的区别在哪里呢 为什么还需要建造者模式来创建呢
在平时的开发中创建一个对象最常用的方式是使用 new 关键字调用类的构造函数来完成。那什么情况下这种方式就不适用了就需要采用建造者模式来创建对象呢
假如有这样一道设计面试题我们需要资源池配置类 ResourcePoolConfig。在这个资源池配置类中有一下几个成员变量也就是可配置项。现在请求编写代码实现这个 ResourcePoolConfig 类。
成员变量解释是否必填默认值name资源名称是没有maxTotal最大总资源数量否8maxIdle最大空闲资源数量否8minIdle最小空闲资源数量否0
实现这样一个类并不是件难事。最常见、最容易想到的实现思路的代码如下所示。因为 maxTotal、maxIdle、minIdle 不是必填变量所以在创建 ResourcePoolConfig 对象的时候我们通过往构造函数中给这几个参数传递 null 值来表示使用默认值。
public class ResourcePoolConfig {private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL 8;private static final int DEFAULT_MAX_DILE 8;private static final int DEFAULT_MIN_DILE 0;private String name;private int maxTotal DEFAULT_MAX_TOTAL;private int maxIdle DEFAULT_MAX_DILE;private int minIdle DEFAULT_MIN_DILE;public ResourcePoolConfig(String name, Integer maxTotal, Integer maxIdle, Integer minIdle) {if (StringUtils.isEmpty(name)) {throw new IllegalArgumentException(name should not be empty);}this.name name;if (maxTotal ! null) {if (maxTotal 0) {throw new IllegalArgumentException(maxTotal should not be positive);}this.maxTotal maxTotal;}if (maxIdle ! null) {if (maxIdle 0) {throw new IllegalArgumentException(maxIdle should not be positive);}this.maxIdle maxIdle;}if (minIdle ! null) {if (minIdle 0) {throw new IllegalArgumentException(minIdle should not be positive);}this.minIdle minIdle;}}// 省略getter方法...
}现在 ResourcePoolConfig 只有 4 个可配置项对应到构造函数中也只有 4 个参数参数的个数不多。但是如果可配置项主键增多变成 8 个、10 个甚至更多那继续沿用现在的设计思路构造函数的参数列表会变得很长代码在可读性和易用性上都会变差。在使用构造函数的时候容易搞错各种参数的顺序传递进错误的参数值导致非常隐藏的 bug。
// 参数太多导致可读性差、参数可能传递错误
ResourcePoolConfig config new ResourcePoolConfig(dbconnectionpool,16,null,8,null, false , true, 10, 20false true);解决这个问题的办法你应该已经想到了那就是用 set() 函数来给成员变量赋值以替代冗长的构造函数。代码具体如下所示。其中配置项 name 是必填的所以我们把它放到构造函数中设置强制创建类对象的时候就要填写。其他配置项 maxTotal、maxIdle、minIdle 都不是必填的所以我们通过 set() 函数来设置让使用者自主选择填写或不填写。
public class ResourcePoolConfig {private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL 8;private static final int DEFAULT_MAX_DILE 8;private static final int DEFAULT_MIN_DILE 0;private String name;private int maxTotal DEFAULT_MAX_TOTAL;private int maxIdle DEFAULT_MAX_DILE;private int minIdle DEFAULT_MIN_DILE;public ResourcePoolConfig(String name) {if (StringUtils.isEmpty(name)) {throw new IllegalArgumentException(name should not be empty);}this.name name;}public void setMaxTotal(Integer maxTotal) {if (maxTotal ! null) {if (maxTotal 0) {throw new IllegalArgumentException(maxTotal should not be positive);}this.maxTotal maxTotal;}}public void setMaxIdle(Integer maxIdle) {if (maxIdle ! null) {if (maxIdle 0) {throw new IllegalArgumentException(maxIdle should not be positive);}this.maxIdle maxIdle;}}public void setMinIdle(Integer minIdle) {if (minIdle ! null) {if (minIdle 0) {throw new IllegalArgumentException(minIdle should not be positive);}this.minIdle minIdle;}}// 省略getter方法...
}接下来来看新的 ResourcePoolConfig 类该如何使用。我写了一个实例代码如下所示。没有冗长的函数调用和参数列表代码在可读性和易用性上提高看很多。
ResourcePoolConfig config new ResourcePoolConfig(dbconnectionpool);
config.setMaxTotal(16);
config.setMaxIdle(8);到此我们仍然没有用到建造者模式通过构造函数设置必填项通过 set() 函数设置可选配置项就能实现我们的设计需求。如果把问题难度在放大一点比如需要解决下面这三种问题那现在的设计思路就不能满足了。
刚刚讲到 name 是必填的所以把它放到构造函数中强制创建对象的时候设置。如果必填的配置项很多把这些必填配置项放到构造函数中设置那构造函数就又会出现参数列表很长的问题。如果把必填项也通过 set() 函数设置那校验这些必填项是否已经填写的逻辑就无处安放了。此外假设配置项之间有一定的依赖关系比如用户设置了 maxTotal、maxIdle、minIdle 其中的一个就必须显式的设置另外两个或者配置项之间有一定的约束条件比如 maxIdle 和 minIdle 要小于等于 maxTotal。如果我们继续使用现在的设计思路那这些配置项之间的依赖关系或者约束条件的交易逻辑就无处安放了。如果我们希望 ResourcePoolConfig 类对象是不可变对象也就是说对象在创建好之后就不能再修改内部的属性值。要实现这个功能就不能在 ResourcePoolConfig 中暴露 set() 方法。
为了解决这些问题建造者模式就派上用场了。
我们可以把校验逻辑放到 Builder 类中先创建建造者并通过 set() 方法设置建造者的变量值然后再使用 build() 方法在真正创建对象之前做集中的校验校验通过之后才会创建对象。此外我们吧 ResourcePoolConfig 的构造函数又改为 private 私有权限。这样我们就只能通过建造者来创建 ResourcePoolConfig 类对象。并且ResourcePoolConfig 没有提供任何 set() 方法这样我们创建出来的对象就是不可变对象了。
使用建造者模式实现上面的需求代码如下所示
public class ResourcePoolConfig {private String name;private int maxTotal;private int maxIdle;private int minIdle;public ResourcePoolConfig(Builder builder) {this.name builder.name;this.maxTotal builder.maxTotal;this.maxIdle builder.maxIdle;this.minIdle builder.minIdle;}// 省略getter方法...// 将Builder类设计成了ResourcePoolConfig的内部类// 也可以将Builder设计成独立的非内部类ResourcePoolConfigBuilderpublic static class Builder {private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL 8;private static final int DEFAULT_MAX_DILE 8;private static final int DEFAULT_MIN_DILE 0;private String name;private int maxTotal DEFAULT_MAX_TOTAL;private int maxIdle DEFAULT_MAX_DILE;private int minIdle DEFAULT_MIN_DILE;public ResourcePoolConfig build() {// 将校验逻辑放到这里来做包括必填项校验、依赖关系校验、约束条件校验等if (StringUtils.isEmpty(name)) {throw new IllegalArgumentException(...);}if (maxIdle maxTotal) {throw new IllegalArgumentException(...);}if (minIdle maxTotal || minIdle maxIdle) {throw new IllegalArgumentException(...);}return new ResourcePoolConfig(this);}public Builder setName(String name) {if (StringUtils.isBlank(name)) {throw new IllegalArgumentException(...);}this.name name;return this;}public Builder setMaxTotal(int maxTotal) {if (maxTotal 0) {throw new IllegalArgumentException(...);}this.maxTotal maxTotal;return this;}public Builder setMaxIdle(int maxIdle) {if (maxIdle 0) {throw new IllegalArgumentException(...);}this.maxIdle maxIdle;return this;}public Builder setMinIdle(int minIdle) {if (minIdle 0) {throw new IllegalArgumentException(...);}this.minIdle minIdle;return this;}}
}// 这段代码会抛出IllegalArgumentException因为minIdlemaxIdle
ResourcePoolConfig config new Builder().setName(dbconnectionpool).setMaxTotal(16).setMaxTotal(8).setMinIdle(10).build();实际上使用建造者模式创建对象还能避免对象存在无效状态。再来举个例子解释下。比如我们定义了一个长方形类如果不适用建造者模式采用先创建后 set 的方式那就回导致在第一个 set 之后对象处于无效状态。具体代码如下所示
Rectangle r new Rectangle(); // r is invalid
r.setWidth(2); // r is invalid
r.setHeignt(3); // r is valid为了避免这种无效状态的存在我们就需要使用构造函数一次性初始化好所有的成员变量。如果构造函数参数过多就需要考虑使用建造者模式先设置建造者变量然后再一次性地创建对象让对象一直处于有效状态。
实际上如果我们并不是很关心对象是否有短暂的无效状态也不是太在意对象是否是可变的。比如对象只是用来映射数据库读出来的数据那我们直接暴露 set() 方法来设置类的成员变量值是完全没问题的。而且使用建造者模式来构建对象代码实际上是有点重复的 ResourcePoolConfig 类中的成员变量要在 Builder 类中重新再定义一遍。
建造者模式和工厂模式的区别在哪里
建造者模式是让建造者类来负责对象的创建工作。工厂模式中的工厂类也是负责对象的创建工作。那它们之间有什么区别呢
实际上工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象继承同一父类或者接口的一组子类由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。建造者模式是用来创建一种类型的复杂对象通过设置不同的可选参数“定制化” 地创建不同的对象。 网上有一个很经典的例子很好地解释了两者的区别。 顾客走进一家餐馆点餐利用工厂模式根据用户不同的选择来制作不同的食物比如披萨、汉堡、沙拉。对于披萨来说用户又有各种配料可以定制比如奶酪、西红柿、起司可以通过建造者模式根据用户选择的不同配料来制作披萨。 实际上我们没必要非得把工厂模式、建造者模式分得那么清楚我们需要知道的是每个设计模式为什么这么设计能解决什么问题。只有了解了这些最本质的东西我们才能不生搬硬套才能灵活应用甚至可以混用各种模式创造出新的模式来解决特定场景的问题。
回顾
建造者模式的原理和实现比较简单重点是掌握应用场景避免过度设计。
如果一个类中有很多属性为了避免构造函数的参数列表过长影响代码的可读性和易用性可以通过构造函数配合 set() 方法来解决。但是如果存在下面任何一种情况就要考虑使用建造者模式了。
我们把类的必填属性放到构造函数中强制创建对象的时候就设置。如果必填的属性很多把这些必填属性都放到构造函数中设置那构造函数就又会出现参数列表过长的问题。如果我们把必填属性通过 set() 方法设置那校验这些必填属性是否已经填写的逻辑就无处安放了。如果类的属性之间有一定的依赖关系或者约束条件我们继续使用构造函数配合 set() 方法的设计思路那这些依赖关系或者约束条件的校验逻辑就无处安放了。如果希望创建不可变对象即对象创建好之后就不能再修改其内部的属性值要实现这个功能我们就不能暴露 set() 方法。构造函数配合 set() 方法来设置属性值的方式就不适用了。
另外本章还对比了工厂模式和建造者模式的区别。
工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象继承同一父类或接口的一组子类由给定参数决定创建哪种类型的对象。建造者模式是用来创建一种类型的对象可以通过设置不同的可选参数“定制化” 地创建不同的对象。
