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Java 深入理解创建型设计模式之建造者模式

2022-02-16 16:39:02 作者：张起灵-小哥

建造者(Builder)模式和工厂模式的关注点不同:建造者模式注重零部件的组装过程,而工厂方法模式更注重零部件的创建过程,但两者可以结合使用

1.提出问题

假如说，我们需要建房子: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.3)请编写程序，完成需求。

传统的想法应该就是下面这个类图的形式。.

那么这种写法的优点就是比较好理解，简单易操作。

缺点则是：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 => 建造者模式。

2.什么是建造者模式？

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。

而在建造者模式中有四大角色：

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。

3.案例代码

如果说将上面盖房子的案例使用建造者模式来解决了话，那么类图就是下面这样。（四大角色都在其中），House类就是具体的产品（我们要盖的房子实体），HouseBuilder则是抽象建造者，具体的建造过程不在它内部实现，而是由它下面的几个子类来完成，这几个子类就是具体建造者（CommonHouse、HighBuilding），指挥者则是HouseDirector，它来负责产品对象的建造过程（我到底要建造哪种类型的房子）。最后的Client则是我们的测试类。

package com.szh.builder;
 
public class House {
    private String basic;
    private String wall;
    private String roof;
 
    //setter and getter
}

package com.szh.builder;
 
//抽象的建造者
public abstract class HouseBuilder {
 
    protected House house = new House();
 
    //将建造的流程写好, 抽象的方法
    public abstract void buildBasic();
    public abstract void buildWall();
    public abstract void buildRoof();
 
    //建造房子好， 将产品(房子)返回
    public House buildHouse() {
        return house;
    }
 
}

package com.szh.builder;
 
public class CommonHouse extends HouseBuilder {
    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println(" 普通房子打地基5m.... ");
    }
 
    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println(" 普通房子砌墙10cm.... ");
    }
 
    @Override
    public void buildRoof() {
        System.out.println(" 普通房子添加屋顶.... ");
    }
}

package com.szh.builder;
 
public class HighHouse extends HouseBuilder {
    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println(" 高楼打地基100m.... ");
    }
 
    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println(" 高楼砌墙20cm.... ");
    }
 
    @Override
    public void buildRoof() {
        System.out.println(" 高楼添加透明屋顶.... ");
    }
}

package com.szh.builder;
 
//指挥者，这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {
 
    HouseBuilder houseBuilder;
 
    //构造器传入 houseBuilder
    public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }
 
    //通过setter传入 houseBuilder
    public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }
 
    //如何处理建造房子的流程，交给指挥者
    public House constructHouse() {
        houseBuilder.buildBasic();
        houseBuilder.buildWall();
        houseBuilder.buildRoof();
        return houseBuilder.buildHouse();
    }
}

package com.szh.builder;
 
public class MainTest {
    public static void main(String[] args) {
        //盖普通房子
        CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
        //准备创建房子的指挥者
        HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
        //完成盖房子，返回产品(普通房子)
        houseDirector.constructHouse();
 
        System.out.println("--------------------------");
 
        //盖高楼
        HighHouse highHouse = new HighHouse();
        //重置建造者
        houseDirector.setHouseBuilder(highHouse);
        //完成盖房子，返回产品(高楼)
        houseDirector.constructHouse();
    }
}

3.JDK中的建造者模式

我们来看StringBuilder这个类，以及它的父类，父类实现的相关接口。

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。

4.建造者模式总结

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。而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。

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