【设计模式系列】建造者模式（十）

目录

一、什么是建造者模式

二、建造者模式的角色

三、建造者模式的典型应用

四、建造者模式在StringBuilder中的应用

五、典型建造者模式的案例

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一、什么是建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，用于构建复杂对象。它将一个复杂对象的构建和表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

二、建造者模式的角色

1. Product（产品角色）：Product是最终要构建的复杂对象的类。它定义了产品的属性和行为，但不包含构建逻辑。

2. Builder（抽象建造者）：Builder是一个接口或抽象类，它声明了用于构建Product对象的各个步骤的方法。这些方法通常返回Builder对象本身，以支持链式调用。其中Builder类不实现具体的构建逻辑，而是在具体的建造者类中实现。

3. ConcreteBuilder（具体建造者）：ConcreteBuilder实现了Builder接口，并提供了构建Product对象的具体逻辑。它负责创建Product的实例，并根据Builder接口中定义的方法来组装产品。

4. Director（指挥者）（可选）：Director类负责管理构建过程，它接受一个Builder对象，并使用该对象的构建方法来创建一个Product对象。Director类使得构建过程与客户端代码解耦。

三、建造者模式的典型应用

1. 复杂对象的构建： 建造者模式允许逐步构建复杂对象，特别适用于创建具有许多配置选项的对象。例如，在Java核心库中，StringBuilder 和 StringBuffer 的 append() 方法就是建造者模式的典型应用，它们允许动态地构建字符串。

2. 不同表现形式的产品构建： 当需要创建不同表现形式的产品时，可以使用建造者模式。例如，可以同时构建纸质和电子版手册，尽管这两种产品不遵循相同的接口，但可以使用相同的构建步骤。

四、建造者模式在StringBuilder中的应用

在Java中，StringBuilder类并没有直接使用建造者模式，但我们可以类比理解。StringBuilder提供了一种可变的字符序列，它允许我们通过链式调用来构建字符串。虽然StringBuilder不是通过建造者模式构建的，但它提供了一种类似建造者模式的接口风格，允许我们逐步构建字符串。

如果我们想要模拟建造者模式在StringBuilder中的应用，可以创建一个StringBuilderBuilder类，它包含一个StringBuilder对象，并提供一系列方法来构建字符串，如下所示：

public class StringBuilderBuilder {
    private StringBuilder stringBuilder;

    public StringBuilderBuilder() {
        this.stringBuilder = new StringBuilder();
    }

    public StringBuilderBuilder append(String str) {
        this.stringBuilder.append(str);
        return this; // 返回自身以支持链式调用
    }

    public StringBuilderBuilder append(int value) {
        this.stringBuilder.append(value);
        return this;
    }

    public StringBuilderBuilder append(char value) {
        this.stringBuilder.append(value);
        return this;
    }

    // 更多的append方法...

    public String build() {
        return this.stringBuilder.toString();
    }
}

// 使用
StringBuilderBuilder builder = new StringBuilderBuilder();
String result = builder.append("Hello").append(" ").append("World").build();

在这个例子中，StringBuilderBuilder类扮演了建造者的角色，它提供了一系列的append方法来逐步构建字符串，并最终通过build方法返回构建好的字符串。这种方式使得字符串的构建过程更加清晰和灵活。

五、典型建造者模式的案例

1. 定义产品类（Product）

public class Computer {
    private String cpu;
    private String memory;
    private String hardDisk;

    private Computer(Builder builder) {
        this.cpu = builder.cpu;
        this.memory = builder.memory;
        this.hardDisk = builder.hardDisk;
    }

    public void assemble() {
        System.out.println("Assembling computer with CPU: " + cpu + ", Memory: " + memory + ", Hard Disk: " + hardDisk);
    }

    public static class Builder {
        private String cpu;
        private String memory;
        private String hardDisk;

        public Builder setCPU(String cpu) {
            this.cpu = cpu;
            return this;
        }

        public Builder setMemory(String memory) {
            this.memory = memory;
            return this;
        }

        public Builder setHardDisk(String hardDisk) {
            this.hardDisk = hardDisk;
            return this;
        }

        public Computer build() {
            return new Computer(this);
        }
    }
}

2. 定义指挥者类（Director）

public class ComputerDirector {
    private Computer.Builder builder;

    public ComputerDirector(Computer.Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public Computer construct() {
        builder.setCPU("Intel i7");
        builder.setMemory("16GB");
        builder.setHardDisk("1TB");
        return builder.build();
    }
}

3. 使用建造者模式和指挥者构建对象

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建具体的建造者对象
        Computer.Builder builder = new Computer.Builder();
        // 创建指挥者对象，并传入建造者对象
        ComputerDirector director = new ComputerDirector(builder);
        // 使用指挥者对象指导构建过程
        Computer computer = director.construct();
        // 组装电脑
        computer.assemble();
    }
}

• Computer：产品类，包含三个属性：CPU、内存和硬盘。构造函数是私有的，只能通过内部的 Builder 类来创建对象。
• Builder：Computer 的内部静态类，实现了建造者模式。提供了 setCPU、setMemory 和 setHardDisk 方法来设置 Computer 的属性，并返回 Builder 对象本身以支持链式调用。build 方法用于创建 Computer 对象。
• ComputerDirector：指挥者类，它接受一个 Computer.Builder 对象，并使用该对象的构建方法来创建一个 Computer 对象。construct 方法定义了构建 Computer 对象的步骤。
• Client：客户端代码创建 Computer.Builder 对象，然后创建 ComputerDirector 对象并传入 Builder 对象。客户端使用 ComputerDirector 的 construct 方法来指导构建过程，并最终组装电脑。