建造者模式

Java陈序员原创💡2022年6月12日

设计模式

建造者模式

大约 7 分钟

建造者模式

1.1 应用实例

1.1.1 业务需求

需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶。
房子有各种各样的，比如普通房，高楼，别墅，各种房子的过程虽然一样，但是要求不要相同的房子。
请编写程序，完成需求。

1.1.2 代码实现

思路分析(图解)

代码演示

创建建房抽象类

public abstract class AbstractHouse {

    // 打地基
    public abstract void buildFoundation();

    // 砌墙
    public abstract void buildWall();

    // 封顶
    public abstract void buildRoof();

    // 房子建造过程
    public void build() {
        buildFoundation();
        buildWall();
        buildRoof();
    }
}

创建普通房子类

public class CommonHouse extends AbstractHouse{
    @Override
    public void buildFoundation() {
        System.out.println("普通房子打地基...");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println("普通房子砌墙...");
    }

    @Override
    public void buildRoof() {
        System.out.println("普通房子封顶...");
    }
}

创建高楼类

public class HighBuilding extends AbstractHouse{
    @Override
    public void buildFoundation() {
        System.out.println("高楼大厦打地基...");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println("高楼大厦砌墙...");
    }

    @Override
    public void buildRoof() {
        System.out.println("高楼大厦封顶...");
    }
}

客户端调用

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
        commonHouse.build();

        HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
        highBuilding.build();

        // 输出
        // 普通房子打地基...
        // 普通房子砌墙...
        // 普通房子封顶...
        // 高楼大厦打地基...
        // 高楼大厦砌墙...
        // 高楼大厦封顶...
    }
}

1.1.3 问题分析

优点是比较好理解，简单易操作。
设计的程序结构，过于简单，没有设计缓存层对象，程序的扩展和维护不好。也就是说，这种设计方案，把产品(即：房子) 和创建产品的过程(即：建房子流程) 封装在一起，耦合性增强了。
解决方案：将产品和产品建造过程解耦。

1.2 建造者模式

1.2.1 基本介绍

建造者模式（Builder Pattern）又叫生成器模式，是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现（属性）的对象。
建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。

1.2.2 四个角色

Product（产品角色）：一个具体的产品对象。
Builder（抽象建造者）：创建一个Product对象的各个部件指定的接口/抽象类。
ConcreteBuilder（具体建造者）：实现接口，构建和装配各个部件。
Director（指挥者）：构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。

1.2.3 原理类图

1.3 建造者模式解决盖房需求应用实例

需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶。不管是普通房子也好，别墅也好都需要经历这些过程，下面使用建造者模式(Builder Pattern)来完成。
思路分析图解(类图)

代码实现

创建房子（产品）类

ublic class House {

    private String name;

    private String address;

    public House() {
    }

    public House(String name, String address) {
        this.name = name;
        this.address = address;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getAddress() {
        return address;
    }

    public void setAddress(String address) {
        this.address = address;
    }
}

创建房子建造类

public abstract class HouseBuilder {

    House house = new House();

    // 打地基
    public abstract void buildFoundation();

    // 砌墙
    public abstract void buildWall();

    // 封顶
    public abstract void buildRoof();

    // 房子建好后，将房子返回出去
    public House build() {
        return house;
    }
}

创建普通房子类

public class CommonHouse extends HouseBuilder {
    @Override
    public void buildFoundation() {
        System.out.println("普通房子打地基...");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println("普通房子砌墙...");
    }

    @Override
    public void buildRoof() {
        System.out.println("普通房子封顶...");
    }
}

创建高楼大厦类

public class HighBuilding extends HouseBuilder {
    @Override
    public void buildFoundation() {
        System.out.println("高楼大厦打地基...");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println("高楼大厦砌墙...");
    }

    @Override
    public void buildRoof() {
        System.out.println("高楼大厦封顶...");
    }
}

创建指挥者类

public class HouseDirector {

    private HouseBuilder houseBuilder;

    public HouseDirector() {
    }

    public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    public House construct() {
        houseBuilder.buildFoundation();
        houseBuilder.buildWall();
        houseBuilder.buildRoof();
        return houseBuilder.build();
    }

    public HouseBuilder getHouseBuilder() {
        return houseBuilder;
    }

    public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }
}

客户端调用

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 房子建造指挥者
        HouseDirector houseDirector = new HouseDirector();
        // 建造普通房子
        CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
        houseDirector.setHouseBuilder(commonHouse);
        // 输出建造过程
        houseDirector.construct();

        // 建造高楼大厦
        HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
        houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
        // 输出建造过程
        houseDirector.construct();

        // 输出
        // 普通房子打地基...
        // 普通房子砌墙...
        // 普通房子封顶...
        // 高楼大厦打地基...
        // 高楼大厦砌墙...
        // 高楼大厦封顶...
    }
}

1.4 建造者模式在JDK的应用和源码分析

java.lang.StringBuilder 中的建造者模式

代码说明 + Debug 源码

StringBuilder 的使用

public class BuilderTest {

    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("hello world");
        System.out.println(stringBuilder);
        /**
         * 分析:
         *  1.Appendable 接口定义了多个 append() 方法，即 Appendable 为抽象建造者，定义了抽象方法
         *  2.AbstractStringBuilder 实现了 Appendable 接口，实现了方法，AbstractStringBuilder 是具体的建造者，只是不能实例化
         *  3.StringBuilder 继承了 AbstractStringBuilder, 即是具体的建造者，又充当了指挥者角色
         */
    }
}

Appendable 接口

public interface Appendable {

    Appendable append(CharSequence csq) throws IOException;

    Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException;

    Appendable append(char c) throws IOException;
}

AbstractStringBuilder 抽象类

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    
    //...
    
    public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null)
            return appendNull();
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }
    
    //...
}

StringBuilder 类

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence {
    
    // ...
    
    @Override
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }
    
    //...
}

源码中建造者模式角色分析
- Appendable 接口定义了多个append方法(抽象方法), 即 Appendable 为抽象建造者, 定义了抽象方法。
- AbstractStringBuilder 实现了 Appendable 接口方法，这里的 AbstractStringBuilder 已经是建造者，只是不能实例化。
- StringBuilder 即充当了指挥者角色，同时充当了具体的建造者，建造方法的实现是由 AbstractStringBuilder 完成，而 StringBuilder 继承了AbstractStringBuilder 。

1.5 建造者模式的注意事项和细节

客户端（使用程序）不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象。
可以更加精细地控制产品的创建过程。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。
增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合“开闭原则”。
建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。
如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大，因此在这种情况下，要考虑是否选择建造者模式。
抽象工厂模式 VS 建造者模式
- 抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。
- 建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。

建造者模式

# 建造者模式

# 1.1 应用实例

# 1.1.1 业务需求

# 1.1.2 代码实现

# 1.1.3 问题分析

# 1.2 建造者模式

# 1.2.1 基本介绍

# 1.2.2 四个角色

# 1.2.3 原理类图

# 1.3 建造者模式解决盖房需求应用实例

# 1.4 建造者模式在JDK的应用和源码分析

# 1.5 建造者模式的注意事项和细节

建造者模式

1.1 应用实例

1.1.1 业务需求

1.1.2 代码实现

1.1.3 问题分析

1.2 建造者模式

1.2.1 基本介绍

1.2.2 四个角色

1.2.3 原理类图

1.3 建造者模式解决盖房需求应用实例

1.4 建造者模式在JDK的应用和源码分析

1.5 建造者模式的注意事项和细节