重读Java设计模式: 深入探讨建造者模式，构建复杂对象的优雅解决方案

引言

在软件开发中，有时需要构建具有复杂结构的对象，如果直接使用构造函数或者 setter 方法逐个设置对象的属性，会导致代码变得冗长、难以维护，并且容易出错。为了解决这个问题，我们可以使用建造者模式。

一、建造者模式概述

建造者模式是一种创建型设计模式，它的主要目的是将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式常用于构建具有复杂结构的对象，例如包含多个部件的对象，或者对象的构建过程需要进行多个步骤。

二、建造者模式的结构

建造者模式包含以下几个角色：

• 产品（Product）：要构建的复杂对象，它由多个部件组成。
• 抽象建造者（Builder）：定义了构建产品的抽象方法，具体建造者类将实现这些方法来构建具体的产品。
• 具体建造者（Concrete Builder）：实现了抽象建造者定义的方法，负责构建产品的各个部件，并返回构建后的产品。
• 指挥者（Director）：负责使用建造者构建产品的对象，它通常不了解具体的构建过程，只负责按照指定的步骤调用建造者的方法来构建产品。

三、建造者模式的优点

• 分步构建：将构建过程分步进行，每一步都由具体建造者负责，可以更加精细地控制构建过程。
• 隔离复杂性：将构建过程与产品的表示分离，使得构建过程的变化不会影响产品的表示，从而提高了系统的灵活性和可维护性。
• 复用性：可以使用相同的构建过程来构建不同的产品，提高了代码的复用性。
• 逐步完善：可以逐步完善构建过程，根据需求的变化灵活地调整构建过程。

四、建造者模式的应用场景

• 需要构建的产品具有复杂的内部结构，包含多个部件。
• 需要构建的产品的构建过程需要进行多个步骤，并且每个步骤的实现方式可能不同。
• 需要构建的产品的属性之间存在一定的约束关系，需要按照一定的顺序来构建产品。

五、建造者模式的示例代码

我们先来看下相关 UML 图

• 产品角色

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public class Car {
  private Wheel wheel;

  private SteeringWheel steeringWheel;

  public Wheel getWheel() {
    return wheel;
  }

  public void setWheel(Wheel wheel) {
    this.wheel = wheel;
  }

  public SteeringWheel getSteeringWheel() {
    return steeringWheel;
  }

  public void setSteeringWheel(SteeringWheel steeringWheel) {
    this.steeringWheel = steeringWheel;
  }

  @Override
  public String toString() {
    return "Car{" +
        "wheel=" + wheel +
        ", steeringWheel=" + steeringWheel +
        '}';
  }
}

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public interface SteeringWheel {
  String steeringWheel();
}

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public class XiaomiSteeringWheel implements SteeringWheel {
  @Override
  public String steeringWheel() {
    return "小米轮毂";
  }
}

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public interface Wheel {
  String wheelType();
}

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public class XiaomiWheel implements Wheel{
  @Override
  public String wheelType() {
    return "小米方向盘";
  }
}

• 抽象构建者

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public abstract class CarBuilder {
  protected Car car = new Car();

  public abstract CarBuilder buildWheel(Wheel wheel);

  public abstract CarBuilder buildSteeringWheel(SteeringWheel steeringWheel);

  public Car builder() {
    return car;
  }
}

• 具体构建者

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public class CommonCarBuilder extends CarBuilder {

  @Override
  public CarBuilder buildWheel(Wheel wheel) {
    this.car.setWheel(wheel);
    return this;
  }

  @Override
  public CarBuilder buildSteeringWheel(SteeringWheel steeringWheel) {
    this.car.setSteeringWheel(steeringWheel);
    return this;
  }
}

• 指挥官

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public interface Director<T> {
  T construct();
}

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description: 小米制造商
 */
public class XiaoMiDirector implements Director<Car> {
  private CarBuilder carBuilder;

  public XiaoMiDirector(CarBuilder carBuilder) {
    this.carBuilder = carBuilder;
  }

  @Override
  public Car construct() {
    carBuilder.buildWheel(new XiaomiWheel());
    carBuilder.buildSteeringWheel(new XiaomiSteeringWheel());
    return carBuilder.builder();
  }
}

• 客户端

package com.markus.desgin.mode.creational.builder;

/**
 * @Author: zhangchenglong06
 * @Date: 2024/3/7
 * @Description:
 */
public class Client {
  public static void main(String[] args) {
    CarBuilder carBuilder = new CommonCarBuilder();
    Director<Car> director = new XiaoMiDirector(carBuilder);
    Car car = director.construct();
    System.out.println(car);
  }
}

六、建造者模式在 Spring 中的应用

在Spring框架中，有几个组件使用了建造者模式的思想来构建复杂对象，其中包括：

1. RestTemplateBuilder： RestTemplateBuilder是用于构建RestTemplate实例的建造者。RestTemplate是Spring提供的用于访问Restful服务的工具类，它支持各种HTTP请求方法和数据交换格式，如JSON和XML。RestTemplateBuilder提供了一系列方法来配置RestTemplate的各种属性，例如连接超时、读取超时、拦截器等，使得构建RestTemplate实例更加灵活和便捷。
2. WebMvcConfigurer： WebMvcConfigurer是Spring MVC框架中的一个接口，用于配置Web MVC的行为。在Spring Boot应用程序中，通常会创建一个实现了WebMvcConfigurer接口的配置类来自定义Web MVC的行为。通过实现WebMvcConfigurer接口，可以通过覆盖其中的方法来配置拦截器、消息转换器、视图解析器等各种组件，从而实现对Spring MVC框架的定制化。这种灵活性和可定制性正是建造者模式的优势之一。
3. SqlSessionFactoryBean： 在Spring中使用MyBatis进行持久化操作时，通常会配置一个SqlSessionFactoryBean实例来创建SqlSessionFactory对象。SqlSessionFactory是MyBatis框架中的核心接口，用于创建SqlSession对象，通过SqlSession对象可以执行SQL语句并与数据库进行交互。SqlSessionFactoryBean提供了一系列方法来配置MyBatis的各种属性，例如数据源、类型别名、Mapper扫描等，使得创建SqlSessionFactory实例更加灵活和可配置。

这些组件在Spring框架中使用建造者模式的思想，通过提供一系列的配置方法来构建复杂的对象实例，使得对象的创建过程更加灵活和可定制。

七、设计模式百宝箱

在本节，我们开始填充我们的百宝箱：

• 面向对象基础
  • 抽象
  • 封装
  • 多态
  • 继承
• 面向对象原则
  • 依赖抽象，不要依赖具体类
  • 针对接口编程，不针对具体实现编程
  • 类应该对扩展开放，对修改关闭
  • 为交互对象之间的松耦合设计而努力
• 面向对象设计模式
  • 简单工厂模式：定义了一个创建对象的接口，将创建对象的内容从客户端抽离出来
  • 抽象工厂模式：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类
  • 原型模式：通过复制现有对象来创建新对象，提高代码效率和可维护性
  • 建造者模式：将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示

八、总结

建造者模式是一种创建型设计模式，通过将构建过程与产品的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。本文介绍了建造者模式的概念、结构、优点、应用场景，并提供了示例代码进行说明。建造者模式可以有效地解决构建复杂对象时的代码冗长、难以维护的问题，是一种值得推荐的设计模式。