Java特性之设计模式【建造者模式】

一、建造者模式

概述

建造者模式(Builder Pattern)使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式

一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象。该 Builder 类是独立于其他对象的

主要解决:主要解决在软件系统中,有时候面临着"一个复杂对象"的创建工作,其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成;由于需求的变化,这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化,但是将它们组合在一起的算法却相对稳定

何时使用:一些基本部件不会变,而其组合经常变化的时候

优缺点

优点:

  • 分离构建过程和表示,使得构建过程更加灵活,可以构建不同的表示
  • 可以更好地控制构建过程,隐藏具体构建细节
  • 代码复用性高,可以在不同的构建过程中重复使用相同的建造者

缺点:

  • 如果产品的属性较少,建造者模式可能会导致代码冗余
  • 建造者模式增加了系统的类和对象数量

1. 各个角色介绍

我们假设一个快餐店的商业案例,其中,一个典型的套餐可以是一个汉堡(Burger)和一杯冷饮(Cold drink)。汉堡(Burger)可以是素食汉堡(Veg Burger)或鸡肉汉堡(Chicken Burger),它们是包在纸盒中。冷饮(Cold drink)可以是可口可乐(coke)或百事可乐(pepsi),它们是装在瓶子中

我们将创建一个表示食物条目(比如汉堡和冷饮)的 Item 接口和实现 Item 接口的实体类,以及一个表示食物包装的 Packing 接口和实现 Packing 接口的实体类,汉堡是包在纸盒中,冷饮是装在瓶子中

然后我们创建一个 Meal 类,带有 ItemArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilderBuilderPatternDemo 类使用 MealBuilder 来创建一个 Meal

2. UML图

3. 具体例子和代码

角色分配

  • Item :食物条目接口
    • Burger :汉堡抽象类(实现食物条目接口)
      • VegBurger:素食汉堡(继承汉堡抽象类)
      • ChickenBurger:鸡肉汉堡(继承汉堡抽象类)
    • ColdDrink :冷饮抽象类(实现食物条目接口)
      • Coke:可口可乐(继承冷饮抽象类)
      • Pepsi:百事可乐(继承冷饮抽象类)
  • Packing :食物包装接口
    • Wrapper:纸盒包装(实现食物包装接口)
    • Bottle:瓶包装(实现食物包装接口)
  • Meal:套餐(包含食物条目列表)
  • MealBuilder:套餐建造者(建造套餐)

3.1 食物条目接口以及实现类

  • Item
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 食物条目接口
 */
public interface Item {

    /**
     * 获取食物名称
     *
     * @return 返回食物名称
     */
    String name();

    /**
     * 打包方式
     * 
     * @return 包装接口
     */
    Packing packing();

    /**
     * 食物价格
     *
     * @return 返回食物价格
     */
    float price();

}
  • Burger
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 汉堡食物
 */
public abstract class Burger implements Item {

    @Override
    public Packing packing() {
        return new Wrapper();
    }

    /**
     * 获取价格
     *
     * @return 返回价格
     */
    @Override
    public abstract float price();
}
  • VegBurger
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 素食汉堡
 */
public class VegBurger extends Burger {

    @Override
    public float price() {
        return 25.0f;
    }

    @Override
    public String name() {
        return "Veg Burger";
    }
}
  • ChickenBurger
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 鸡肉汉堡
 */
public class ChickenBurger extends Burger {

    @Override
    public float price() {
        return 50.5f;
    }

    @Override
    public String name() {
        return "Chicken Burger";
    }
}
  • ColdDrink
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 冷饮食物
 */
public abstract class ColdDrink implements Item {

    @Override
    public Packing packing() {
        return new Bottle();
    }

    /**
     * 获取价格
     *
     * @return 返回价格
     */
    @Override
    public abstract float price();
}
  • Coke
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 可口可乐
 */
public class Coke extends ColdDrink {

    @Override
    public float price() {
        return 30.0f;
    }

    @Override
    public String name() {
        return "Coke";
    }
}
  • Pepsi
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 百事可乐
 */
public class Pepsi extends ColdDrink {

    @Override
    public float price() {
        return 35.0f;
    }

    @Override
    public String name() {
        return "Pepsi";
    }
}

3.2 包装接口以及实现类

  • Packing
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 包装方式
 */
public interface Packing {

    /**
     * 打包
     *
     * @return 打包方式
     */
    String pack();

}
  • Wrapper
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 纸盒包装
 */
public class Wrapper implements Packing {

    @Override
    public String pack() {
        return "Wrapper";
    }
    
}
  • Bottle
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 瓶子打包
 */
public class Bottle implements Packing {

    @Override
    public String pack() {
        return "Bottle";
    }

}

3.3 套餐类

  • Meal
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 套餐
 */
public class Meal {
    private final List<Item> items = new ArrayList<>();

    public void addItem(Item item) {
        items.add(item);
    }

    
    public float getCost() {
        float cost = 0.0f;
        for (Item item : items) {
            cost += item.price();
        }
        return cost;
    }

    public void showItems() {
        for (Item item : items) {
            System.out.print("Item : " + item.name());
            System.out.print(", Packing : " + item.packing().pack());
            System.out.println(", Price : " + item.price());
        }
    }
}

3.4 套餐建造者

  • MealBuilder
java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 * @description 套餐建造
 */
public class MealBuilder {

    /**
     * 素食汉堡套餐
     *
     * @return 返回封装的套餐
     */
    public static Meal prepareVegMeal() {
        Meal meal = new Meal();
        meal.addItem(new VegBurger());
        meal.addItem(new Coke());
        return meal;
    }

    /**
     * 鸡肉汉堡套餐
     *
     * @return 返回封装的套餐
     */
    public static Meal prepareNonVegMeal() {
        Meal meal = new Meal();
        meal.addItem(new ChickenBurger());
        meal.addItem(new Pepsi());
        return meal;
    }
}

3.5 测试主函数

java 复制代码
package com.vinjcent.prototype.builder;

/**
 * @author vinjcent
 */
public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Meal vegMeal = MealBuilder.prepareVegMeal();
        System.out.println("Veg Meal");
        vegMeal.showItems();
        System.out.println("Total Cost: " + vegMeal.getCost());

        Meal nonVegMeal = MealBuilder.prepareNonVegMeal();
        System.out.println("\n\nNon-Veg Meal");
        nonVegMeal.showItems();
        System.out.println("Total Cost: " + nonVegMeal.getCost());
    }

}
  • 测试结果

4. 使用场景

  • 需要生成的对象具有复杂的内部结构
  • 需要生成的对象内部属性本身相互依赖

建造者模式在创建复杂对象时非常有用,特别是当对象的构建过程涉及多个步骤或参数时。它可以提供更好的灵活性和可维护性,同时使得代码更加清晰可读

注意事项:

与工厂模式的区别是:建造者模式更加关注与零件装配的顺序

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