設計模式 #3 （原型模式、建造者模式）
阿新 • • 發佈：2020-09-16
# 設計模式 #3 （原型模式、建造者模式）
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**文章中所有工程程式碼和`UML`建模檔案都在我的這個`GitHub`的公開庫--->[DesignPattern](https://github.com/L1ng14/DesignPattern)。**`Star`來一個好嗎？秋梨膏！
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## 原型模式
簡述：用原型例項指定建立物件的種類，並且通過拷貝這些原型建立新的物件。
#### 反例 #1 ：
~~~java
public class negtive {
/*==============服務端=======================*/
static class Resume{
private String name;
private Integer age;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(Integer age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Resume{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
/*==============客戶端=========================*/
public static void main(String[] args) {
Resume resume01= new Resume();
resume01.setName("ling001");
resume01.setAge(20);
System.out.println(resume01);
Resume resume02= new Resume();
resume02.setName("ling002");
resume02.setAge(23);
System.out.println(resume02);
}
}
~~~
複製多份簡歷需要一個個去`new`。咱們都是`IT`人士了，得專業點，重複無用功怎麼能做呢？程式設計師要說最熟的，難道不是`Ctrl+C`+`Ctrl+V`嗎？（手動滑稽保命）Java就提供了這種複製貼上的辦法，不過他有自己的名字--`Clone`。
#### 正例 #1：
~~~java
public class postvie_01 {
/*==============服務端=======================*/
static class Resume implements Cloneable{
private String name;
private Integer age;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(Integer age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Resume{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
/*==============客戶端=========================*/
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Resume resume01= new Resume();
resume01.setName("ling001");
resume01.setAge(20);
Resume resume02= (Resume) resume01.clone();
resume02.setName("li666");
System.out.println(resume01);
System.out.println(resume02);
System.out.println(resume01.equals(resume02));
}
}
~~~
不需要`new`，只需要服務端先實現一個`Cloneable`介面，並重寫`clone`方法即可。而且作用堪比`new`一個新的物件，因為克隆和被克隆的物件並不是同一個，`equals`的時候得到的是`false`的。
這時候，新需求來了（這次沒有產品經理，別拿刀K自己）：為簡歷增加一個工作經歷的內容，這時候:
反例 #2：
~~~java
public class negtive_02 {
/*==============服務端=======================*/
static class Resume implements Cloneable{
private String name;
private Integer age;
private Date workExperience;
public Date getWorkExperience() {
return workExperience;
}
public void setWorkExperience(Date workExperience) {
this.workExperience = workExperience;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getAge() {
return age;
}
public void setAge(Integer age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Resume{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", workExperience=" + workExperience +
'}';
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
/*==============客戶端=========================*/
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{
Resume resume01= new Resume();
Date date = new Date();
resume01.setName("ling001");
resume01.setAge(20);
resume01.setWorkExperience(date);
Resume resume02= (Resume) resume01.clone();
resume02.getWorkExperience().setTime(0);
System.out.println(resume02);
System.out.println(resume01);
System.out.println(resume01.equals(resume02));
}
}
~~~
這是一個關於深拷貝、淺拷貝的問題。
### 深拷貝與淺拷貝
淺拷貝（淺複製）：`clone`得到的物件`a`其實只是對被`clone`物件`b`的引用，即物件`a`是指向`b`物件上的。
深拷貝（深複製）：`clone`得到的物件`a`是對被`clone`物件`b`的複製，即物件`a`和`b`是兩個不同的物件，`a`只複製了`b`的內容。
`Java`中，對一物件的`clone`中**深拷貝**物件的基本型別欄位，**淺拷貝**引用型別欄位。
這時候要將淺拷貝改為深拷貝。
正例 #2：只需要重寫物件的`clone`方法即可。
~~~java
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Resume clone = (Resume) super.clone();
Date cloneDate = (Date) clone.getWorkExperience().clone();
clone.setWorkExperience(cloneDate);
return clone;
}
~~~
其實就是對**淺拷貝**的欄位再進行**深拷貝**。
以上面用到的`Date`引用型別物件為例：
可以看到`Date`是實現了`Cloneable`介面的，即表示`Date`也是可以進行`clone`（克隆）的。只需要將淺拷貝的`Date`再使用`clone`方法進行一次深拷貝，再賦值給`clone`的物件即可。具體參照上面重寫的`clone`方法。
總結：
> 這種模式是實現了一個原型介面，該介面用於建立當前物件的克隆。當直接建立物件的代價比較大時，則採用這種模式。例如，一個物件需要在一個高代價的資料庫操作之後被建立。我們可以快取該物件，在下一個請求時返回它的克隆，在需要的時候更新資料庫，以此來減少資料庫呼叫。
## 建造者模式
簡述：建造者模式（Builder Pattern）使用多個簡單的物件一步一步構建成一個複雜的物件。這種型別的設計模式屬於建立型模式，它提供了一種建立物件的最佳方式。
先明確實體類
~~~java
public class Computer {
private String cpu;
private String gpu;
private String Hd;
private String RAM;
public String getCpu() {
return cpu;
}
public void setCpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
}
public String getGpu() {
return gpu;
}
public void setGpu(String gpu) {
this.gpu = gpu;
}
public String getHd() {
return Hd;
}
public void setHd(String hd) {
Hd = hd;
}
public String getRAM() {
return RAM;
}
public void setRAM(String RAM) {
this.RAM = RAM;
}
@Override
public String toString() {
return "Computer{" +
"cpu='" + cpu + '\'' +
", gpu='" + gpu + '\'' +
", Hd='" + Hd + '\'' +
", RAM='" + RAM + '\'' +
'}';
}
}
~~~
#### 反例 #1 ：
廢話不多說，建立物件。
~~~java
public class negtive_01 {
public static void main(String[] args) {
Computer computer_01 = new Computer();
computer_01.setCpu("9700k");
computer_01.setGpu("gtx2080ti");
computer_01.setHd("SSD--1T");
computer_01.setRAM("32G");
Computer computer_02 = new Computer();
computer_02.setCpu("9600k");
computer_02.setGpu("gtx1080ti");
computer_02.setHd("SSD--500G");
computer_02.setRAM("16G");
System.out.println(computer_02);
System.out.println(computer_01);
}
}
~~~
==缺陷==：建造複雜物件的時候，客戶端程式猿要炸，造成客戶端程式碼臃腫，且違反[迪米特法則](https://www.cnblogs.com/l1ng14/p/13662445.html#迪米特法則（最少知道原則）)。
#### 反例 #2：
~~~java
public class negtive_02 {
/*=============服務端==========================*/
static class HighComputerBuilder {
private Computer computer = new Computer();
public Computer build() {
computer.setCpu("9700k");
computer.setGpu("gtx2080ti");
computer.setHd("SSD--1T");
computer.setRAM("32G");
return computer;
}
}
static class High_02ComputerBuilder {
private Computer computer = new Computer();
public Computer build() {
computer.setCpu("9600k");
computer.setGpu("gtx1080ti");
computer.setHd("SSD--500G");
computer.setRAM("16G");
return computer;
}
}
/*=====================客戶端===============================*/
public static void main(String[] args) {
HighComputerBuilder builder_01 = new HighComputerBuilder();
Computer computer_01 =builder_01.build();
High_02ComputerBuilder builder_02 = new High_02ComputerBuilder();
Computer computer_02 =builder_02.build();
System.out.println(computer_01);
System.out.println(computer_02);
}
}
~~~
創造了建造者類，用於建立複雜物件。
`UML`類圖如下：
==缺陷==：建造者遺漏部分建造步驟編譯也會通過，會造成建造出來的物件不符合要求。比如，漏執行某一步驟時，使得部分值為`null`，後續物件屬性被呼叫時，可能會丟擲空指標`NullPointerException`異常，會造成程式崩潰。
#### 反例 #3：
~~~java
public class negtive_03 {
/*=============服務端==========================*/
interface ComputerBuilder{
Computer build();
void setCpu();
void setGpu();
void setHd();
void setRAM();
}
static class HighComputerBuilder implements ComputerBuilder{
private Computer computer = new Computer();
@Override
public Computer build() {
return computer;
}
@Override
public void setCpu() {
computer.setCpu("9700k");
}
@Override
public void setGpu() {
computer.setGpu("gtx2080ti");
}
@Override
public void setHd() {
computer.setHd("SSD--1T");
}
@Override
public void setRAM() {
computer.setRAM("32G");
}
}
static class High_02ComputerBuilder implements ComputerBuilder{
private Computer computer = new Computer();
@Override
public Computer build() {
return computer;
}
@Override
public void setCpu() {
computer.setCpu("9600k");
}
@Override
public void setGpu() {
computer.setGpu("gtx1080ti");
}
@Override
public void setHd() {
computer.setHd("SSD--500G");
}
@Override
public void setRAM() {
computer.setRAM("16G");
}
}
/*==============客戶端=====================================*/
public static void main(String[] args) {
HighComputerBuilder builder_01 = new HighComputerBuilder();
builder_01.setCpu();
builder_01.setGpu();
builder_01.setHd();
builder_01.setRAM();
Computer computer_01 =builder_01.build();
High_02ComputerBuilder builder_02 = new High_02ComputerBuilder();
builder_02.setCpu();
builder_02.setGpu();
builder_02.setHd();
builder_02.setRAM();
Computer computer_02 =builder_02.build();
System.out.println(computer_01);
System.out.println(computer_02);
}
}
~~~
創造了建造者介面，**建立者不會再遺漏步驟。**
`UML`類圖如下：
==缺陷==：
- 每一個`builder`都要自己去呼叫`setXXX`方法進行建立，造成程式碼重複。
- 需要客戶端自己執行建立步驟，建造複雜物件的時候，容易造成客戶端程式碼臃腫，且違反[迪米特法則](https://www.cnblogs.com/l1ng14/p/13662445.html#迪米特法則（最少知道原則）)。而且**客戶端會出現遺漏步驟的情況**。又回到了原點的感覺？？？
#### 正例 #1：
~~~java
public class postive {
/*=============服務端==========================*/
interface ComputerBuilder{
Computer getComputer();
void setCpu();
void setGpu();
void setHd();
void setRAM();
}
static class HighComputerBuilder implements ComputerBuilder {
private Computer computer = new Computer();
@Override
public Computer getComputer() {
return computer;
}
@Override
public void setCpu() {
computer.setCpu("9700k");
}
@Override
public void setGpu() {
computer.setGpu("gtx2080ti");
}
@Override
public void setHd() {
computer.setHd("SSD--1T");
}
@Override
public void setRAM() {
computer.setRAM("32G");
}
}
static class High_02ComputerBuilder implements ComputerBuilder {
private Computer computer = new Computer();
@Override
public Computer getComputer() {
return computer;
}
@Override
public void setCpu() {
computer.setCpu("9600k");
}
@Override
public void setGpu() {
computer.setGpu("gtx1080ti");
}
@Override
public void setHd() {
computer.setHd("SSD--500G");
}
@Override
public void setRAM() {
computer.setRAM("16G");
}
}
//指揮者
static class Director {
public Computer build(ComputerBuilder builder){
builder.setCpu();
builder.setGpu();
builder.setRAM();
builder.setHd();
return builder.getComputer();
}
}
/*==============客戶端=====================================*/
public static void main(String[] args) {
Director director = new Director();
Computer computer_01 =director.build(new HighComputerBuilder());
Computer computer_02 =director.build(new High_02ComputerBuilder());
System.out.println(computer_01);
System.out.println(computer_02);
}
}
~~~
`UML`類圖如下：
此時在需要增加一個不同配置的`A_Computer`型別計算機，只需要編寫一個`A_Builder`類實現`ComputerBuilder`介面，再傳給指揮者`Director`進行建立即可得到一個`A_Computer`型別的`Computer`物件。符合[開閉原則](https://www.cnblogs.com/l1ng14/p/13662445.html#開閉原則)。
總結一下建造者模式的==優點==：
- 建立物件的過程保持穩定。（通過`ComputerBuilder`介面保持穩定）
- 建立過程只需要編寫一次（通過實現`ComputerBuilder`介面的類保持穩定）
- 保持擴充套件性，需要建立新型別的物件時，只需要建立新的`Builder`，再使用指揮者`Director`進行呼叫進行建立即可。
- 增加指揮者`Director`保證步驟穩定執行，客戶端不需要知道建立物件的具體步驟，符合[迪米特法則](https://www.cnblogs.com/l1ng14/p/13662445.html#迪米特法則（最少知道原則）)。
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### 建造者模式和工廠模式的區別
- 工廠模式注重`new`一個物件就可以，是否得到了這一物件，更多地關注`new`的結果。
- 建造者模式注重保證`new`的物件穩定可用，保證不出現細節缺漏，更多關注`new`的細節、過程。