设计模式(8)-建造者模式

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思想：将一个类的创建过程和他的主体部分分离。
场景：该模式的典型的应用场景是：一个类的创建过程可能比较复杂，或者创建过程中的某些阶段可能会容易变化；或者多个类的创建过程比较类似， 但是主体不同。

实现：在 以上提到的两种场景中，我们就可以取出一个类的创建过程的代码，定义一个专门的Builder类， 而在原来创建类对象实例的地方，将这个Builder类的实例作为参数传入。还有第二个重点，就是Builder类 可以将将整个创建过程分为几个阶段，每个阶段不必在类中直接实现，而可以通过继承体系在子类中实现，或者通过子类的方法过载来修改创建过程中的某个阶段， 但是重用其他的阶段。可以发现，该模式将一个对象的复杂创建过程重用到非常高的层次。这正是它的意义所在。
重构成本：低。该模式的重构成本我觉得是非常低的，因为一般来讲，创建过程的代码本来也就应该在原来的类的构造函数中，把它Extract出 来就好了。如果发现多个类的创建过程有比较多的代码重复或类似，那么就可以重用这些提取出来的Builder类 或者Builder类中的某些阶段。

Builder建造者模式将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。Builder模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户可以只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要了解所构建对象的内部具体构建细节，Builder建造设计模式的目的是为了将构造复杂对象的过程和它的部件解耦。
Builder建造者设计模式中有两个重要角色：Director指导者和Builder建造者。Director指导者相当于设计师或架构师，拥有整个产品各个部件之间关系的构建蓝图。Builder建造者是部件的具体创建者，Builder建造者根据Director指导者的指示创建产品的各个部件，最终由Director构建出完整产品。Builder建造者设计模式的UML图如下：这里写图片描述
用一个类表示包装食品外面显示的营养成分，其中每份含量和每罐含量是必须的，卡洛里，脂肪，纳和碳水化合物是可选参数。
大家一般习惯使用重载构造方法来解决该问题，代码如下：

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public class NutritionFacts{
	//必须参数
	private final int servingSize;
	private final int servings;
	//可选参数
	private final int calories;
	private final int fat;
	private final int sodium;
	private final int carbohydrate;
	public NutritionFacts(int servingSize, int servings){
		this(servingSize, servings, 0);
	}
	public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories){
		this(servingSize, servings, calories, 0);
	}
	public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories,
						  int fat){
		this(servingSize, servings, calories, fat, 0);
	}
	public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories,
						  int fat, int sodium){
		this(servingSize, servings, calories, fat, sodium, 0);
	}
	public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories,
						  int fat, int sodium, int carbohydrate){
		this.servingSize = servingSize;
		this.servings = servings;
		this.calories = calories;
		this.fat = fat;
		this.sodium = sodium;
		this.carbohydrate = carbohydrate;
	}
}

如果想要创建实例对象的时候，就利用参数列表最短的构造方法：

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NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts(240, 8, 100, 0, 35, 27);

如果可选参数很多的时候就难以控制，客户端代码变得很难编写，且难以阅读，如果不小心参数顺序混淆了，在编译的时候很难发现问题，在运行时出错时难以调试。
第二种大家都会想到的办法是使用setter方法设置每个需要的参数，代码如下：

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public class NutritionFacts{
	//必须参数
	private int servingSize = -1;
	private int servings = -1;
	//可选参数
	private int calories = 0;
	private int fat = 0;
	private int sodium = 0;
	private int carbohydrate = 0;
	public NutritionFacts(){}
	public void setServingSize(int val){
		this.servingSize = val;
	}
	public void setServings(int val){
		this.servings = val;
	}
	public void setCalories(int val){
		this.calories = val;
	}
	public void setFat(int val){
		this.fat = val;
	}
	public void setSodium(int val){
		this.sodium = val;
	}
	public void setCarbohydrate(int val){
		this.carbohydrate = val;
	}
}

使用setter方法可以弥补重载构造方法的缺陷，创建实例对象很容易，并且代码也容易阅读：

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NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts();
cocaCola.setServingSize(240);
cocaCola.setServings(8);
cocaCola.setCalories(100);
cocaCola.setFat(27);

由于javaBean自身有着很严重的缺点，构造过程被分到了几个调用中，在构造过程中java Bean可能处于不一致的状态，类无法仅仅通过检验构造方法参数的有效性来保证一致性，使用处于不一致状态的对象将会导致失败。另外javaBean阻止了把类做成不可变的可能，因此很难确保线程安全。
解决构造参数多问题的最佳方案是使用建造者模式，代码如下：

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public class NutritionFacts{
	//必须参数
	private final int servingSize;
	private final int servings;
	//可选参数
	private final int calories;
	private final int fat;
	private final int sodium;
	private final int carbohydrate;
	//建造者
	public static class Builder{
		//必须参数
		private final int servingSize;
		private final int servings;
		//可选参数
		private final int calories = 0;
		private final int fat = 0;
		private final int sodium = 0;
		private final int carbohydrate = 0;
		public Builder(int servingSize, int servings){
			this.servingSize = servingSize;
			this.servings = servings;
		}
		public Builder calories(int val){
			this.calories = val;
			return this;
		}
		public Builder fat(int val){
			this.fat = val;
			return this;
		}
		public Builder sodium(int val){
			this.sodium = val;
			return this;
		}
		public Builder carbohydrate(int val){
			this.carbohydrate = val;
			return this;
		}
		public NutritionFacts build(){
			return new NutritionFacts(this);
		}
	}
	private NutritionFacts(Builder builder){
		this.servingSize = builder.servingSize;
		this.servings = builder.servings;
		this.calories = builder.calories;
		this.fat = builder.fat;
		this.sodium = builder.sodium;
		this.carbohydrate = builder.carbohydrate;
	}
}

用建造者模式创建实例对象：

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NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts().Build(240, 8).calories(100).sodium(35)
											  .carbohydrate(27).build();

建造者模式可以有多个可变参数，可以利用建造器构建多个对象，参数可以在创建时动态调整。
Builder建造者模式和AbstraceFactory抽象工厂模式的区别：
Builder建造者模式和AbstraceFactory抽象工厂模式非常类似，很多人经常分不清楚，区别如下：
(1).抽象工厂模式中，每一次工厂物件被呼叫时都会传回一个完整的产品物件，而使用端有可能会决定把这些产品组装成一个更大的和复杂的产品，也有可能不会。工厂物件是没有状态的，不知道上一次构建的是哪一个产品，也没有未来的概念，不知道下一次构建的是哪一个产品，更不知道自己构建的产品在更高层的产品结构蓝图中是什么位置。
(2). 建造者模式不同，建造模式的重点在指导者(Director)角色。指导者是有状态的，它知道整体蓝图，知道上一次、这一次和下一次交给建造者(Builder)角色去构建的零件是什么，以便能够将这些零件组装成一个更大规模的产品。它一点一点地建造出一个复杂的产品，而这个产品的组装程式就发生在指导者角色内部。建造者模式的使用端拿到的是一个完整的最后产品。
换言之，虽然抽象工厂模式与建造模式都是设计模式，但是抽象工厂模式处在更加具体的尺度上，而建造模式则处于更加宏观的尺度上。一个系统可以由一个建造模式和一个抽象工厂模式组成，使用端通过呼叫这个导演角色，间接地呼叫另一个抽象工厂模式的工厂角色。工厂样式传回不同产品族的零件，而建造者模式则把它们组装起来。
JDK中建造者模式的应用：
StringBuilder和StringBuffer的append()方法使用了建造者模式。
StringBuilder把构建者的角色交给了其的父类AbstractStringBuilder

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public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence
{
。。。。。。
}

以append方法为例，最终调用的是父类的append（）：

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public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

父类AbstractStringBuilder的实现代码：

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public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null) str = "null";
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    str.getChars(0, len, value, count);
    count += len;
    return this;//返回构建对象
}