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Java設(shè)計(jì)模式中的建造者模式詳解

更新時間：2023年12月05日 09:20:01 作者：遇見更好的自己、

這篇文章主要介紹了Java設(shè)計(jì)模式中的建造者模式詳解,建造者模式使我們?nèi)粘９ぷ髦斜容^常見的一種設(shè)計(jì)模式,和工廠模式一樣屬于創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式,用于解耦對象創(chuàng)建和對象使用的邏輯,需要的朋友可以參考下

前言

建造者模式使我們?nèi)粘９ぷ髦斜容^常見的一種設(shè)計(jì)模式，和工廠模式一樣屬于創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，用于解耦對象創(chuàng)建和對象使用的邏輯。

建造者設(shè)計(jì)模式和對象的構(gòu)造函數(shù)或者set方法比較類似，那既然用構(gòu)造函數(shù)或者set方法能創(chuàng)建對象，那我們?yōu)槭裁催€需要建造者設(shè)計(jì)模式勒？

建造者和是工廠模式都是建造型的設(shè)計(jì)模式，那這兩者的區(qū)別是什么勒？建造者的應(yīng)用場景是什么勒？

為什么需要建造者模式

假設(shè)我們有如下的設(shè)計(jì)要求，我們需要定義一個資源池配置類 ResourcePoolConfig。

這里的資源池，你可以簡單理解為線程池、連接池、對象池等。

在這個資源池配置類中，有以下幾個成員變量，（name、maxTotal、maxIdle、minIdle）也就是可配置項(xiàng)。

現(xiàn)在，請你編寫代碼實(shí)現(xiàn)這個 ResourcePoolConfig 類。

如果有構(gòu)造函數(shù)的方式去創(chuàng)建這個類的話，代碼示例如下：

 
public class ResourcePoolConfig {
  private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL = 8;
  private static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8;
  private static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0;
  private String name;
  private int maxTotal = DEFAULT_MAX_TOTAL;
  private int maxIdle = DEFAULT_MAX_IDLE;
  private int minIdle = DEFAULT_MIN_IDLE;
  public ResourcePoolConfig(String name, Integer maxTotal, Integer maxIdle, Integer minIdle) {
    if (StringUtils.isBlank(name)) {
      throw new IllegalArgumentException("name should not be empty.");
    }
    this.name = name;
    if (maxTotal != null) {
      if (maxTotal <= 0) {
        throw new IllegalArgumentException("maxTotal should be positive.");
      }
      this.maxTotal = maxTotal;
    }
    if (maxIdle != null) {
      if (maxIdle < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("maxIdle should not be negative.");
      }
      this.maxIdle = maxIdle;
    }
    if (minIdle != null) {
      if (minIdle < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("minIdle should not be negative.");
      }
      this.minIdle = minIdle;
    }
  }
  //...省略getter方法...
}

現(xiàn)在，ResourcePoolConfig 只有 4 個可配置項(xiàng)，對應(yīng)到構(gòu)造函數(shù)中，也只有 4 個參數(shù)，參數(shù)的個數(shù)不多。

但是，如果可配置項(xiàng)逐漸增多，變成了 8 個、10 個，甚至更多，那繼續(xù)沿用現(xiàn)在的設(shè)計(jì)思路，構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)列表會變得很長，代碼在可讀性和易用性上都會變差。

在使用構(gòu)造函數(shù)的時候，我們就容易搞錯各參數(shù)的順序，傳遞進(jìn)錯誤的參數(shù)值，導(dǎo)致非常隱蔽的 bug。

用set方法的方式去創(chuàng)建這個類的話，代碼示例如下：

// ResourcePoolConfig使用舉例
ResourcePoolConfig config = new ResourcePoolConfig("dbconnectionpool");
config.setMaxTotal(16);
config.setMaxIdle(8);

如果我們把問題的難度再加大點(diǎn)，比如，還需要解決下面這三個問題，那現(xiàn)在的設(shè)計(jì)思路就不能滿足了。

我們剛剛講到，name 是必填的，所以，我們把它放到構(gòu)造函數(shù)中，強(qiáng)制創(chuàng)建對象的時候就設(shè)置。如果必填的配置項(xiàng)有很多，把這些必填配置項(xiàng)都放到構(gòu)造函數(shù)中設(shè)置，那構(gòu)造函數(shù)就又會出現(xiàn)參數(shù)列表很長的問題。如果我們把必填項(xiàng)也通過 set() 方法設(shè)置，那校驗(yàn)這些必填項(xiàng)是否已經(jīng)填寫的邏輯就無處安放了。

除此之外，假設(shè)配置項(xiàng)之間有一定的依賴關(guān)系，比如，如果用戶設(shè)置了 maxTotal、maxIdle、minIdle 其中一個，就必須顯式地設(shè)置另外兩個；或者配置項(xiàng)之間有一定的約束條件，比如，maxIdle 和 minIdle 要小于等于 maxTotal。如果我們繼續(xù)使用現(xiàn)在的設(shè)計(jì)思路，那這些配置項(xiàng)之間的依賴關(guān)系或者約束條件的校驗(yàn)邏輯就無處安放了。

如果我們希望 ResourcePoolConfig 類對象是不可變對象，也就是說，對象在創(chuàng)建好之后，就不能再修改內(nèi)部的屬性值。要實(shí)現(xiàn)這個功能，我們就不能在 ResourcePoolConfig 類中暴露 set() 方法。

為了解決這些問題，建造者模式就派上用場了。

 
public class ResourcePoolConfig {
  private String name;
  private int maxTotal;
  private int maxIdle;
  private int minIdle;
  private ResourcePoolConfig(Builder builder) {
    this.name = builder.name;
    this.maxTotal = builder.maxTotal;
    this.maxIdle = builder.maxIdle;
    this.minIdle = builder.minIdle;
  }
  //...省略getter方法...
  //我們將Builder類設(shè)計(jì)成了ResourcePoolConfig的內(nèi)部類。
  //我們也可以將Builder類設(shè)計(jì)成獨(dú)立的非內(nèi)部類ResourcePoolConfigBuilder。
  public static class Builder {
    private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL = 8;
    private static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8;
    private static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0;
    private String name;
    private int maxTotal = DEFAULT_MAX_TOTAL;
    private int maxIdle = DEFAULT_MAX_IDLE;
    private int minIdle = DEFAULT_MIN_IDLE;
    public ResourcePoolConfig build() {
      // 校驗(yàn)邏輯放到這里來做，包括必填項(xiàng)校驗(yàn)、依賴關(guān)系校驗(yàn)、約束條件校驗(yàn)等
      if (StringUtils.isBlank(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;
    }
  }
}
// 這段代碼會拋出IllegalArgumentException，因?yàn)閙inIdle>maxIdle
ResourcePoolConfig config = new ResourcePoolConfig.Builder()
        .setName("dbconnectionpool")
        .setMaxTotal(16)
        .setMaxIdle(10)
        .setMinIdle(12)
        .build();

實(shí)際上，如果我們并不是很關(guān)心對象是否有短暫的無效狀態(tài)，也不是太在意對象是否是可變的。比如，對象只是用來映射數(shù)據(jù)庫讀出來的數(shù)據(jù)，那我們直接暴露 set() 方法來設(shè)置類的成員變量值是完全沒問題的。而且，使用建造者模式來構(gòu)建對象，代碼實(shí)際上是有點(diǎn)重復(fù)的，ResourcePoolConfig 類中的成員變量，要在 Builder 類中重新再定義一遍。

與工程模式的區(qū)別？

在前言中，我們有提到建造者模式與工廠模式都是創(chuàng)建型的設(shè)計(jì)模式，那他們之間的區(qū)別是什么?

實(shí)際上，工廠模式是用來創(chuàng)建不同但是相關(guān)類型的對象（繼承同一父類或者接口的一組子類），由給定的參數(shù)來決定創(chuàng)建哪種類型的對象。建造者模式是用來創(chuàng)建一種類型的復(fù)雜對象，通過設(shè)置不同的可選參數(shù)，“定制化”地創(chuàng)建不同的對象。