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 Item 的 ArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder 。BuilderPatternDemo 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

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

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

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

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

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

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

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

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

package com.vinjcent.prototype.builder;

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

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

• Bottle

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

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

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

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