设计模式-03-建造者模式

经典的设计模式有23种,但是常用的设计模式一般情况下不会到一半,我们就针对一些常用的设计模式进行一些详细的讲解和分析,方便大家更加容易理解和使用设计模式。

1-为什么需要建造者模式

我们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,那它们两个的区别在哪里呢?

如果一个类的成员变量过多(包括必填和选填的成员变量),我们可以把必填的成员变量放在构造函数里面,选填的成员变量通过set函数去设置值,如果必填的参数少,还可以接受,如果必选参数多,那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,我们就容易搞错各参数的顺序,传递进错误的参数值,导致非常隐蔽的bug。不仅如此,函数参数太多,写出来的代码,可读性也非常差。如果选填项之间有一定的约束条件,那么通过简单的set还不容易处理。进一步说,我们希望我们的类对象是不可变的,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,我们就不能在类中暴露set()方法。

这个时候,我们建造者模式就派上用场了。

2-实例demo

配置项name(资源名称)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(最大资源总数)、maxIdle(最大空闲资源数量)、minIdle(最小资源空闲数量)都不是必填的。

java 复制代码
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...

  //我们将Builder类被设计成了ResourcePoolConfig的内部类。
  //我们也可以将Builder类设计成独立的非内部类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.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;
    }
  }
}

// 这段代码会抛出IllegalArgumentException,因为minIdle>maxIdle
ResourcePoolConfig config = new ResourcePoolConfig.Builder()
        .setName("dbconnectionpool")
        .setMaxTotal(16)
        .setMaxIdle(10)
        .setMinIdle(12)
        .build();

使用建造者模式创建对象,还能避免对象存在无效状态。我再举个例子解释一下。比如我们定义了一个长方形类,如果不使用建造者模式,采用先创建后set的方式,那就会导致在第一个set之后,对象处于无效状态。具体代码如下所示:

Rectangle r = new Rectange(); // r is invalid

r.setWidth(2); // r is invalid

r.setHeight(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,我们就需要考虑使用建造者模式,先设置建造者的变量,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。

3-与工厂模式的区别

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。

4-适用场景

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,我们可以通过构造函数配合set()方法来解决。但是,如果存在下面情况中的任意一种,我们就要考虑使用建造者模式了。

(1)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。如果必填的属性有很多,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很长的问题。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。

(2)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,那这些依赖关系或约束条件的校验逻辑就无处安放了。

(3)如果我们希望创建不可变对象,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,我们就不能在类中暴露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。

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