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建造者模式

1/5/24建造者模式About 5 min

建造者模式将复杂对象的构建与其表示相分离，这样相同的构造过程可以创建不同的对象。 通过只指定对象的类型和内容，建造者模式允许客户端对象构建一个复杂对象。客户端可以不受该对象构造细节的影响。这样通过定义一个能够构建其他类实例的类，就可以简化复杂对象的创建过程。 建造者模式生产一个主要产品，而该产品中可能有多个类，但是通常只有一个主类。当使用该模式的时候，可以一次创建所有的复杂对象。而其他模式一次就只能创建一个对象。

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建造者模式包含以下角色：

  • AbstractBuilder：抽象建造者
    这个角色用于规范产品对象的各个组成成分的建造。
  • ConcreteBuilder：具体建造者
    在指导者的调用下创建产品实例。
  • Director：指挥者 调用具体建造者角色创建产品对象。
  • Product：产品角色

代码实现

为了说明建造者模式的使用,下面使用一个电脑产品构建的例子。

在AbstractBuilder中我们定义创建产品的各个部件的抽象方法：

抽象建造者

public abstract class AbstractBuilder {

    protected Product product;

    public abstract AbstractBuilder setName();

    public abstract AbstractBuilder setCpu();

    public abstract AbstractBuilder setMemory();

    public abstract AbstractBuilder setStorage();

    public abstract AbstractBuilder setKeyboard();

    public abstract AbstractBuilder setScreen();

    public abstract AbstractBuilder setMouse();

    public Product build() {
        return this.product;
    }
}

具体建造者

在ConcreteBuilder中实现了各个部件的构建方法，当然我们也可以扩展一些方法。

public class ConcreteBuilder extends AbstractBuilder {

    public ConcreteBuilder() {
        this.product = new Product();
    }

    

    @Override
    public ConcreteBuilder setName() {
        this.product.setName("MacBook Pro");
        return this;
    }

    @Override
    public ConcreteBuilder setCpu() {
        this.product.setCpu("Intel Core i7");
        return this;
    }

    @Override
    public ConcreteBuilder setMemory() {
        this.product.setMemory("16 GB");
        return this;
    }

    @Override
    public ConcreteBuilder setStorage() {
        this.product.setStorage("256 GB");
        return this;
    }

    @Override
    public ConcreteBuilder setKeyboard() {
        this.product.setKeyboard("USB");
        return this;
    }

    @Override
    public ConcreteBuilder setScreen() {
        this.product.setScreen("13.3-inch");
        return this;
    }

    @Override
    public ConcreteBuilder setMouse() {
        this.product.setMouse("USB");
        return this;
    }
}

产品类


public class Product {

    private String name;
    private String cpu;
    private String memory;
    private String storage;
    private String keyboard;
    private String screen;
    private String mouse;

    // warning: get set 方法省略，需要添加
  
    @Override
    public String toString() {
        return "Product{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", cpu='" + cpu + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", storage='" + storage + '\'' +
                ", keyboard='" + keyboard + '\'' +
                ", screen='" + screen + '\'' +
                ", mouse='" + mouse + '\'' +
                '}';
    }
}

指挥者

在Director中调用AbstractBuilder中的方法进行产品的创建。

public class Director {

    private AbstractBuilder builder;

    public Director(AbstractBuilder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public Product build() {
        return builder.setName()
                .setCpu()
                .setMemory()
                .setStorage()
                .setKeyboard()
                .setScreen()
                .setMouse()
                .build();
    }
}

开始生产

最后创建一个类调用Director类进行，产品的创建。

public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
        Director director = new Director(new ConcreteBuilder());
        Product product = director.build();
        System.out.println(product.toString());
    }
}

输出结果：

Product{name='MacBook Pro', cpu='Intel Core i7', memory='16 GB', storage='256 GB', keyboard='USB', screen='13.3-inch', mouse='USB'}

与其他设计模式的对比

建造者模式 vs 工厂方法模式

特性建造者模式工厂方法模式
目的创建复杂对象的不同表示创建不同类型的产品
构建方式分步构建直接创建
关注点产品的构建细节产品类型
客户端参与度高（需指导构建过程）低（只需选择工厂）
适用场景产品结构复杂且需要定制产品类型多样

建造者模式 vs 抽象工厂模式

特性建造者模式抽象工厂模式
产品范围单个复杂对象产品家族
构建过程显式、分步隐式、一次性
产品变化点构建过程和产品表示产品家族
扩展性构建过程和产品表示扩展容易产品家族扩展困难
用途复杂对象的定制化创建相关产品的批量创建

建造者模式 vs 原型模式

特性建造者模式原型模式
创建方式分步构建新对象复制现有对象
适用场景对象结构复杂，构建步骤多对象创建成本高，需频繁创建
性能一般（需逐步构建）高（直接复制）
灵活性高（可定制每个构建步骤）中（需实现Cloneable接口）
代码复杂度中（需创建Builder类）低（只需实现复制方法）

总结

建造者模式的核心思想是将复杂对象的构建与表示分离，通过分步构建的方式，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

优点

  • 分离了构建过程和产品表示，实现了关注点分离
  • 可以精确控制对象的构建过程，确保对象的完整性
  • 提高了代码的可读性和可维护性，构建过程清晰明了
  • 便于扩展新的构建器，符合开闭原则
  • 可以创建不同表示的复杂对象，提高了系统的灵活性

缺点

  • 增加了系统的复杂度，需要创建多个Builder类
  • 产品的内部结构发生变化时，所有相关的Builder类都需要修改
  • 对于简单对象的创建，使用建造者模式可能过于复杂

适用场景

  • 需要创建的对象结构复杂，包含多个组成部分
  • 构建过程需要有不同的表示，例如同一个产品有不同的配置选项
  • 需要控制对象的构建过程，确保对象的完整性和一致性
  • 希望将复杂对象的构建过程与表示分离，提高代码的可读性和可维护性

实际应用

在实际开发中，建造者模式常用于：

  • 构建器模式在Java中的应用，如StringBuilder、DocumentBuilder等
  • 配置对象的创建，如线程池、数据库连接池等
  • 生成器模式在框架中的应用，如MyBatis的SqlSessionFactoryBuilder
  • 复杂领域对象的创建，如订单、用户信息等包含多个属性的对象
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