认真学习设计模式之建造者模式(Builder Pattern)

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#建造者模式

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本文深入解析建造者模式的原理及应用场景，通过实例说明如何利用该模式解耦产品及其创建过程，便于扩展和维护。

【1】概述

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。

建造者模式的四个角色

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。

建造者模式原理类图

在这里插入图片描述

【2】案例分析

假设盖房子，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。

① 传统方式

我们使用工厂的思想，将建造过程封装起来。

AbstractHouse 抽象类提供了buildBasic()、 buildWalls()以及roofed()抽象方法让子类实现。模板方法build()封装了建造过程。

public abstract class AbstractHouse {
	
	//打地基
	public abstract void buildBasic();
	//砌墙
	public abstract void buildWalls();
	//封顶
	public abstract void roofed();
	
	public void build() {
		buildBasic();
		buildWalls();
		roofed();
	}
}

假设普通房子，子类实例如下：

public class CommonHouse extends AbstractHouse {

	@Override
	public void buildBasic() {
		System.out.println(" 普通房子打地基 ");
	}

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

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

如果有个高层房子，那么就需要创建一个高层房子继承自AbstractHouse 并实现抽象方法。这时客户端测试代码如下：

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

分析

这种方式的优点是结构简单易于理解。缺点是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。

那么为了松耦合，我们需要进行解耦。将产品和创建产品的过程解耦–建造者模式。

② 建造者模式应用

① 首先有个house实体

//产品->Product
public class House {
	private String baise;
	private String wall;
	private String roofed;
	public String getBaise() {
		return baise;
	}
	public void setBaise(String baise) {
		this.baise = baise;
	}
	public String getWall() {
		return wall;
	}
	public void setWall(String wall) {
		this.wall = wall;
	}
	public String getRoofed() {
		return roofed;
	}
	public void setRoofed(String roofed) {
		this.roofed = roofed;
	}
}

② 定义抽象建造者

这时就不关心具体房子构建过程了，直接返回house。

// 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 buildWalls();
	public abstract void roofed();
	
	//建造房子好， 将产品(房子) 返回
	public House buildHouse() {
		return house;
	}
	
}

③ 定义指挥者

//指挥者，这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {
	
	HouseBuilder houseBuilder = null;

	//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.buildWalls();
		houseBuilder.roofed();
		return houseBuilder.buildHouse();
	}
}

④ 两个具体的builder

HighBuilding 、CommonHouse 继承自HouseBuilder 实现了抽象方法。

// 高层房子建造
public class HighBuilding extends HouseBuilder {

	@Override
	public void buildBasic() {
		System.out.println(" 高楼的打地基100米 ");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		System.out.println(" 高楼的砌墙20cm ");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");
	}
}

// 普通房子建造
public class CommonHouse extends HouseBuilder {
	@Override
	public void buildBasic() {
		System.out.println(" 普通房子打地基5米 ");
	}
	@Override
	public void buildWalls() {
		System.out.println(" 普通房子砌墙10cm ");
	}
	@Override
	public void roofed() {
		System.out.println(" 普通房子屋顶 ");
	}
}

⑤ 客户端测试

public class Client {
	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)
		House house = houseDirector.constructHouse();
		
		System.out.println("--------------------------");
		//盖高楼
		HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
		//重置建造者
		houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
		//完成盖房子，返回产品(高楼)
		houseDirector.constructHouse();
	}
}

我们再回头看一下此时的UML图示
在这里插入图片描述

【3】总结分析

① 在JDK源码的应用

如java.lang.StringBuilder 中的建造者模式，如下所示StringBuilder继承自AbstractStringBuilder 实现了Appendable 接口。
在这里插入图片描述
如我们追溯StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder("hello")；源码，如下所示：

public StringBuilder(CharSequence seq) {
    this(seq.length() + 16);
    append(seq);
}

@Override
public StringBuilder append(Object obj) {
    return append(String.valueOf(obj));
}

@Override
public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}