设计模式

建造者模式

设计模式学习，使用golang实现建造者模式

Posted by liz on November 6, 2021

建造者模式

定义

Builder 模式，中文翻译为建造者模式或者构建者模式，也有人叫它生成器模式。

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。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

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。

看了定义还是晕晕的，这里来个栗子

这里按照设计模式之美中的资源池的例子来进行讨论

假设有这样一道设计面试题：我们需要定义一个资源池配置类ResourcePoolConfig。这里的资源池，你可以简单理解为线程池、连接池、对象池等。在这个资源池配置类中，有以下几个成员变量，也就是可配置项。现在，请你编写代码实现这个ResourcePoolConfig类。

成员变量 解释 是否必填 默认值
name 资源名称 是 没有
maxTotal 最大资源数量 否 10
maxIdle 最大空闲资源数量 否 10
minIdle 最小空闲资源数量 否 1

很简单，来看下代码实现

const (
	defaultMaxTotal = 10
	defaultMaxIdle  = 10
	defaultMinIdle  = 1
)

// ResourcePoolConfig ...
type ResourcePoolConfig struct {
	name     string
	maxTotal int
	maxIdle  int
	minIdle  int
}

func NewResourcePoolConfig(name string, maxTotal, maxIdle, minIdle *int) (*ResourcePoolConfig, error) {
	rc := &ResourcePoolConfig{
		maxTotal: defaultMaxTotal,
		maxIdle:  defaultMaxIdle,
		minIdle:  defaultMinIdle,
	}
	if name == "" {
		return nil, errors.New("name is empty")
	}
	rc.name = name

	if maxTotal != nil {
		if *maxTotal <= 0 {
			return nil, errors.New("maxTotal should be positive")
		}
		rc.maxTotal = *maxTotal
	}

	if maxIdle != nil {
		if *maxIdle <= 0 {
			return nil, errors.New("maxIdle should not be negative")
		}
		rc.maxIdle = *maxIdle
	}

	if minIdle != nil {
		if *minIdle <= 0 {
			return nil, errors.New("minIdle should not be negative")
		}
		rc.minIdle = *minIdle
	}

	return rc, nil
}

我们接着讨论，如果需要传入的参数过多，我们可以使用 set() 函数来给成员变量赋值，以替代冗长的构造函数。

const (
	defaultMaxTotal = 10
	defaultMaxIdle  = 10
	defaultMinIdle  = 1
)

// ResourcePoolConfig ...
type ResourcePoolConfig struct {
	name     string
	maxTotal int
	maxIdle  int
	minIdle  int
}

func NewResourcePoolConfigSet(name string) (*ResourcePoolConfig, error) {
	if name == "" {
		return nil, errors.New("name is empty")
	}

	return &ResourcePoolConfig{
		maxTotal: defaultMaxTotal,
		maxIdle:  defaultMaxIdle,
		minIdle:  defaultMinIdle,
		name:     name,
	}, nil
}

// SetMinIdle ...
func (rc *ResourcePoolConfig) SetMinIdle(minIdle int) error {
	if minIdle < 0 {
		return fmt.Errorf("min idle cannot < 0, input: %d", minIdle)
	}
	rc.minIdle = minIdle
	return nil
}

// SetMaxIdle ...
func (rc *ResourcePoolConfig) SetMaxIdle(maxIdle int) error {
	if maxIdle < 0 {
		return fmt.Errorf("max idle cannot < 0, input: %d", maxIdle)
	}
	rc.maxIdle = maxIdle
	return nil
}

// SetMaxTotal ...
func (rc *ResourcePoolConfig) SetMaxTotal(maxTotal int) error {
	if maxTotal <= 0 {
		return fmt.Errorf("max total cannot <= 0, input: %d", maxTotal)
	}
	rc.maxTotal = maxTotal
	return nil
}

到这里，我们还是没有用上建造者模式，我们来接着分析上面的栗子

1、上面的 name 字段是必填的，如果必填字段很多，那么我们的函数中又会出现参数很长的情况。当然必填项是不能放在set中设置的，因为如果对应的set没加，我们不能判断该参数必填的逻辑。

2、比如依赖关系，比如，如果用户设置了maxTotal、maxIdle、minIdle其中一个，就必须显式地设置另外两个；或者配置项之间有一定的约束条件，比如，maxIdle和minIdle要小于等于maxTotal。所以我们就需要一开始就知道所有的参数，才能进行对应校验。

3、如果我们希望ResourcePoolConfig类对象是不可变对象，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ResourcePoolConfig类中暴露set()方法。

这时候建造者模式就登场了

const (
	defaultMaxTotal = 10
	defaultMaxIdle  = 10
	defaultMinIdle  = 1
)

// ResourcePoolConfig ...
type ResourcePoolConfig struct {
	name     string
	maxTotal int
	maxIdle  int
	minIdle  int
}

// ResourcePoolConfigBuilder ...
type ResourcePoolConfigBuilder struct {
	name     string
	maxTotal int
	maxIdle  int
	minIdle  int
}

// SetName ...
func (rb *ResourcePoolConfigBuilder) SetName(name string) error {
	if name == "" {
		return fmt.Errorf("name can not be empty")
	}
	rb.name = name
	return nil
}

// SetMinIdle ...
func (rb *ResourcePoolConfigBuilder) SetMinIdle(minIdle int) error {
	if minIdle < 0 {
		return fmt.Errorf("max total cannot < 0, input: %d", minIdle)
	}
	rb.minIdle = minIdle
	return nil
}

// SetMaxIdle ...
func (rb *ResourcePoolConfigBuilder) SetMaxIdle(maxIdle int) error {
	if maxIdle < 0 {
		return fmt.Errorf("max total cannot < 0, input: %d", maxIdle)
	}
	rb.maxIdle = maxIdle
	return nil
}

// SetMaxTotal ...
func (rb *ResourcePoolConfigBuilder) SetMaxTotal(maxTotal int) error {
	if maxTotal <= 0 {
		return fmt.Errorf("max total cannot <= 0, input: %d", maxTotal)
	}
	rb.maxTotal = maxTotal
	return nil
}

// Build ...
func (rb *ResourcePoolConfigBuilder) Build() (*ResourcePoolConfig, error) {
	if rb.name == "" {
		return nil, errors.New("name can not be empty")
	}

	// 设置默认值
	if rb.minIdle == 0 {
		rb.minIdle = defaultMinIdle
	}

	if rb.maxIdle == 0 {
		rb.maxIdle = defaultMaxIdle
	}

	if rb.maxTotal == 0 {
		rb.maxTotal = defaultMaxTotal
	}

	if rb.maxTotal < rb.maxIdle {
		return nil, fmt.Errorf("max total(%d) cannot < max idle(%d)", rb.maxTotal, rb.maxIdle)
	}

	if rb.minIdle > rb.maxIdle {
		return nil, fmt.Errorf("max idle(%d) cannot < min idle(%d)", rb.maxIdle, rb.minIdle)
	}

	return &ResourcePoolConfig{
		name:     rb.name,
		maxTotal: rb.maxTotal,
		maxIdle:  rb.maxIdle,
		minIdle:  rb.minIdle,
	}, nil
}

建造者模式，避免了无效状态的存在，因为是设置构建者的变量，构建的变量符合条件之后，一次性的创建对象，这样创建的对象就一直处于有效状态了。

不过 go 中函数传值可以这样使用，一般公共库的时候都会选择这中方式，方便后期的扩展

const (
	defaultMaxTotal = 10
	defaultMaxIdle  = 10
	defaultMinIdle  = 1
)

// ResourcePoolConfig ...
type ResourcePoolConfig struct {
	name     string
	maxTotal int
	maxIdle  int
	minIdle  int
}

type Param func(*ResourcePoolConfig)

func NewResourcePoolConfigOption(name string, param ...Param) (*ResourcePoolConfig, error) {
	if name == "" {
		return nil, errors.New("name is empty")
	}
	ps := &ResourcePoolConfig{
		maxIdle:  defaultMinIdle,
		minIdle:  defaultMinIdle,
		maxTotal: defaultMaxTotal,
		name:     name,
	}

	for _, p := range param {
		p(ps)
		fmt.Println(ps)
	}

	if ps.maxTotal < 0 || ps.maxIdle < 0 || ps.minIdle < 0 {
		return nil, fmt.Errorf("args err, option: %v", ps)
	}

	if ps.maxTotal < ps.maxIdle || ps.minIdle > ps.maxIdle {
		return nil, fmt.Errorf("args err, option: %v", ps)
	}

	return ps, nil
}

func MaxTotal(maxTotal int) Param {
	return func(o *ResourcePoolConfig) {
		o.maxTotal = maxTotal
	}
}

func MaxIdle(maxIdle int) Param {
	return func(o *ResourcePoolConfig) {
		o.maxIdle = maxIdle
	}
}

func MinIdle(minIdle int) Param {
	return func(o *ResourcePoolConfig) {
		o.minIdle = minIdle
	}
}

相比于建造者模式，这种方式更其轻便，但是建造者模式也有有点，对于复杂参数的检验支持的更好

适用范围

1、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。然后参数比较多，并且有必填校验

2、类的属性之间有一定的依赖关系或者约束条件

3、希望创建不可变对象

总结下就是

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。

与工厂模式的区别

工厂模式：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：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。

来个栗子：

顾客走进一家餐馆点餐，我们利用工厂模式，根据用户不同的选择，来制作不同的食物，比如披萨、汉堡、沙拉。对于披萨来说，用户又有各种配料可以定制，比如奶酪、西红柿、起司，我们通过建造者模式根据用户选择的不同配料来制作披萨。

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。

参考

【文中的代码】https://github.com/boilingfrog/design-pattern-learning/tree/master/%E5%BB%BA%E9%80%A0%E8%80%85%E6%A8%A1%E5%BC%8F
【大话设计模式】https://book.douban.com/subject/2334288/
【极客时间】https://time.geekbang.org/column/intro/100039001
【建造者模式】https://www.runoob.com/design-pattern/builder-pattern.html
【Go设计模式03-建造者模式】https://lailin.xyz/post/builder.html

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