设计模式之建造者模式Builder

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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。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。
将一个复杂的构建与其表示相分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
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。

优点:

1. 建造者独立,易扩展
2. 便于控制细节风险

缺点:

1. 产品必须有共同点,范围有限制
2. 如内部变化复杂,会有很多的建造类

使用场景

根据Buidler的特性,可以在一些基本部件不会变,而其组合经常变化的时候使用Buidler模式,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。有下面两点依据可以参考:

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

在Android中也有很多地方体现了这个模式,如常见的对话框 AlertDialog,不会直接new 一个 AlertDialog, 而是通过内部Builder类构造不同的dialog,内部可以设置各种信息,如标题,消息内容,按钮文字等等。类似的还有Notification的创建。

实现方式

以《21种设计模式》的章节例子快餐店的案例。

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 的集合 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder。

类关系图如下:


类关系图

定义一个表示食物条目和食物包装的接口。

    Item.java
    public interface Item {
       public String name();
       public Packing packing();
       public float price();    
    }
    
    Packing.java
    public interface Packing {
       public String pack();
    }

创建实现 Packing 接口的实体类。

    public class Wrapper implements Packing {
    
       @Override
       public String pack() {
          return "Wrapper";
       }
    }
    
    public class Bottle implements Packing {
    
       @Override
       public String pack() {
          return "Bottle";
       }
    }

创建实现 Item 接口的抽象类,该类提供了默认的功能。

    public abstract class Burger implements Item {
    
       @Override
       public Packing packing() {
          return new Wrapper();
       }
    
       @Override
       public abstract float price();
    }
    
    public abstract class ColdDrink implements Item {
    
        @Override
        public Packing packing() {
           return new Bottle();
        }
    
        @Override
        public abstract float price();
    }

创建扩展了 Burger 和 ColdDrink 的实体类。

    public class VegBurger extends Burger {
    
       @Override
       public float price() {
          return 25.0f;
       }
    
       @Override
       public String name() {
          return "Veg Burger";
       }
    }
    
    public class ChickenBurger extends Burger {
    
       @Override
       public float price() {
          return 50.5f;
       }
    
       @Override
       public String name() {
          return "Chicken Burger";
       }
    }
    
    public class Coke extends ColdDrink {
    
       @Override
       public float price() {
          return 30.0f;
       }
    
       @Override
       public String name() {
          return "Coke";
       }
    }
    
    public class Pepsi extends ColdDrink {
    
       @Override
       public float price() {
          return 35.0f;
       }
    
       @Override
       public String name() {
          return "Pepsi";
       }
    }

创建一个 Meal 类,带有上面定义的 Item 对象。

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    public class Meal {
       private List<Item> items = new ArrayList<Item>();    
    
       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());
          }        
       }    
    }

创建一个 MealBuilder 类,实际的 builder 类负责创建 Meal 对象。

public class MealBuilder {

   public Meal prepareVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new VegBurger());
      meal.addItem(new Coke());
      return meal;
   }   

   public Meal prepareNonVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new ChickenBurger());
      meal.addItem(new Pepsi());
      return meal;
   }
}

BuiderPatternDemo 使用 MealBuider 来演示建造者模式(Builder Pattern)

    public class BuilderPatternDemo {
       public static void main(String[] args) {
          MealBuilder mealBuilder = new MealBuilder();
    
          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());
       }
    }
    
验证输出:
Veg Meal
Item : Veg Burger, Packing : Wrapper, Price : 25.0
Item : Coke, Packing : Bottle, Price : 30.0
Total Cost: 55.0


Non-Veg Meal
Item : Chicken Burger, Packing : Wrapper, Price : 50.5
Item : Pepsi, Packing : Bottle, Price : 35.0
Total Cost: 85.5

Glide建造者模式的应用

以流行的图片加载框架Glide 为例,来学习实现方式。Glide里 Builder模式的应用,典型的用法如下

  GlideApp
    .with(contex)
    .load(url)
    .centerCrop()
    .placeholder(R.drawable.loading_spinner)
    .into(myImageView);

GlidApp.with(xxx)返回的是GlideRequests, GlideRequests 是建造者模式Builder封装的一个管理器,最终通过重载方法 into 完成要构造的复杂对象 ViewTarget。 ViewTarget封装了我们的ImageView等可以加载图片的View。要构造的复杂对象有了,那我们就要找它的 Builder了。

通过Glide的with方法,获取到GlideRequests。

GlidApp.java

  @NonNull
  public static GlideRequests with(@NonNull Context arg0) {
    return (GlideRequests) Glide.with(arg0);
  }

Glide.java

  @NonNull
  public static RequestManager with(@NonNull Context context) {
    return getRetriever(context).get(context);
  }

看看 GlideRequests 内部是什么样的?可以发现都是方法的重写,做强制转型为 GlideRequest。注意GlideRequest不是GlideRequests, 少了一个s

  @Override
  @NonNull
  @CheckResult
  public GlideRequest<Bitmap> asBitmap() {
    return (GlideRequest<Bitmap>) super.asBitmap();
  }

找到它的父类RequestManager, 发现这里的方法返回的都是 RequestBuilder,RequestBuilder 是 GlideRequest 的父类。RequestBuilder 里有各种配置,各种加载图片的方式,只下载图片的方式,加载缩略图的方式等等

  @NonNull
  @CheckResult
  @Override
  public RequestBuilder<TranscodeType> load(@Nullable Uri uri) {
    return loadGeneric(uri);
  }
  
  @NonNull
  @CheckResult
  @Override
  public RequestBuilder<TranscodeType> load(@Nullable byte[] model) {
    RequestBuilder<TranscodeType> result = loadGeneric(model);
    if (!result.requestOptions.isDiskCacheStrategySet()) {
        result = result.apply(diskCacheStrategyOf(DiskCacheStrategy.NONE));
    }
    if (!result.requestOptions.isSkipMemoryCacheSet()) {
      result = result.apply(skipMemoryCacheOf(true /*skipMemoryCache*/));
    }
    return result;
  }
  
  @NonNull
  @CheckResult
  protected RequestBuilder<File> getDownloadOnlyRequest() {
    return new RequestBuilder<>(File.class, this).apply(DOWNLOAD_ONLY_OPTIONS);
  }

RequestBuilder 也就是我们要找的 Builder,故Glide的 Builder模式是以 RequestBuilder(或子类GlideRequest等) 为Builder,构建复杂的 ViewTarget 对象。

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