建造者(Builder)模式 的若干使用场景

摘要：建造的过程在指挥者这里完成，用户就不需要知道了客户端代码场景二遇到多个构造器参数时要考虑用构建器。重叠构造器模式可行，但是当有许多参数的时候，客户端代码会很难编写，并且仍然难以阅读。

如果我们需要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的意图时，我们可以使用 Builder模式，又叫生成器模式。如果我们用了Builder模式，那么用户就只需要指定需要建造的类型就可以得到它们，而具体建造的过程和细节就不需要知道了。
比如现在我们有一个这样的使用场景，需要在屏幕上画小人，人要有头手脚，要画不同的人，胖的小人，瘦的小人，矮的小人。按照通常的写法，会有很多的样板代码，画人的头，画人脚手，如果一不小心，非常容易缺胳膊少腿。
下面我们演示Builder模式的实现：

public class Person {
    //限于篇幅get和set方法此处省略
    Head head;
    Body body;
    Arm leftArm;
    Arm rightArm;
    Leg leftLeg;
    Leg rightLeg;
    
    public void drawHead(int size){...}
    public void drawBody(int size){...}
    public void drawLeftArm(int size){...}
    public void drawRightArm(int size){...}
    public void drawLeftLeg(int size){...}
    public void drawRightLeg(int size){...}
}

abstract class BuilderPerson {
    protected Person person = new Person();
    public abstract void buildHead();
    public abstract void buildBody();
    public abstract void buildLeftArm();
    public abstract void buildRightArm();
    public abstract void buildLeftLeg();
    public abstract void buildRightLeg();
}

public class BuilderThinPerson extends BuilderPerson{
    
    @Override
    public void buildHead() {
        person.drawHead(10);
    }
    
    @Override
    public void buildBody() {
        person.drawBody(10);   //画胖小人只需将这边的数值修改，
                               // 再生成一个类即可
    }
    
    @Override
    public void buildLeftArm() {
        person.drawLeftArm(5);
    }
    
    @Override
    public void buildRightArm() {
        person.drawRightArm(5);
    }
    
    @Override
    public void buildLeftLeg() {
        person.drawLeftLeg(7);
    }
    
    @Override
    public void buildRightLeg() {
        person.drawRightLeg(7);
    }
}
我们还缺Builder模式中一个非常重要的类，指挥者(Director)，用它来控制建造过程，也用来隔离用户与建造过程的关联。
public class PersonDirector{
    private BuilderPerson pb;
    public PersonDirector(BuilderPerson pb){
        this.pb = pb;
    }
    //建造的过程在指挥者这里完成，用户就不需要知道了
    public void createPerson() {
        pb.buildHead();
        pb.buildBody();
        pb.buildLeftArm();
        pb.buildRightArm();
        pb.buildLeftLeg();
        pb.buildRightLeg();
    }
}
客户端代码
BuilderPerson bp = new BuilderThinPerson();
PersonDirector pd = new PersonDirector(bp);
pd.createPerson();

遇到多个构造器参数时要考虑用构建器。静态工厂和构造器有个共同的局限性：它们都不能很好地扩展到大量的可选参数。
考虑这样的一个场景：用一个类表示包装食品外面显示的营养成分标签。这些标签中有几个域是必需的：每份的含量、每罐的含量以及每份的卡路里，还有超过20个可选域:总脂肪量、饱和脂肪量、转化脂肪、胆固醇、钠等等。
程序员一向习惯采用重叠构造器模式，在这种模式下，你提供第一个只有必要参数的构造器，第二个构造器有一个可选参数，第三个有两个可选参数，以此类推，最后一个构造器包含所有可选参数。重叠构造器模式可行，但是当有许多参数的时候，客户端代码会很难编写，并且仍然难以阅读。一长串类型相同的参数会导致一些微妙的错误。如果客户端不小心颠倒了其中两个参数的顺序，编译器也不会出错，但是程序在运行时会出现错误的行为。
下面是Builder模式的代码:

public class NutritionFacts {
    private final int servingSize;
    private final int servings;
    private final int calories;
    private final int fat;
    private final int sodium;
    private final int carbohydrate;
    
    public static class Builder {
        //required parameters
        private final int servingSize;
        private final int servings;
        
        //Optional parameters - initialized to default values
        private int calories;
        private int fat;
        private int sodium;
        private int carbohydrate;
        
        public Builder(int servingSize, int servings){
            this.servingSize = servingSize;
            this.servings = servings
        }
        
        public Builder calories(int val){
            calories = val;
            return this;
        }
        
        public Builder fat(int val){
            fat = val;
            return this;
        }
        
        public Builder sodium(int val) {
            sodium = val;
            return this;
        }
        
        public Builder carbohydrate(int val){
            carbohydrate = val;
            return this;
        }
        
        public NutritionFacts build() {
            return new NutritionFacts(this);
        }
    }
    
    private NutritionFacts(Builder builder){
        servingSize = builder.servingSize;
        servings = builder.servings;
        calories = builder.calories;
        fat = builder.fat;
        sodium = builder.sodium;
        carbohydrate = builder.carbohydrate;
    }
}

NutritionFacts是不可变的。builder的setter方法返回builder本身，以便可以把调用链接起来。下面就是客户端代码:

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

这样的客户端代码很容易编写，更重要的是，易于阅读。

参考：
1.《大话设计模式》
2.《Effective Java 第二版》