[设计模式]建造者模式

简介


建造者模式 (Builder)将一个复杂对象的 构建与它的 表示 分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。 

建造者模式是一种对象创建型模式可参考 设计模式 创建型模式)。 

使用建造者模式,用户就只需要指定需要建造的类型,具体的建造过程和细节并不需要知道。


结构


图-建造者模式结构图
Product : 产品类,由多个部件构成。
class Product {
    List<String> parts =  new ArrayList<String>();
    
     public  void AddPart(String part) {
        parts.add(part);
    }
    
     public  void show() {
        System.out.println("============== 产品创建 ==============");
         for (String part : parts) {
            System.out.println(part);
        }
    }
}
Builder : 抽象建造者,确定产品由ABC三个部件构成,并声明一个得到产品建造后结果的方法getResult。
interface Builder {
     public  void buildPartA();
     public  void buildPartB();
     public  void buildPartC();
     public Product getResult();
}
ConcreteBuilder : 实现Builder接口中的具体方法。
class ConcreteBuilder  implements Builder { 
     private Product product =  new Product();
    
    @Override
     public  void buildPartA() {
        product.AddPart("部件A");
    }

    @Override
     public  void buildPartB() {
        product.AddPart("部件B");
    }
    
    @Override
     public  void buildPartC() {
        product.AddPart("部件C");
    }

    @Override
     public Product getResult() {
         return product;
    }
}
Director : 指挥者类,指挥建造Product的过程(控制构建各部分组件的顺序)。
class Director {
     public  void construct(Builder builder) {
        builder.buildPartC();
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
    }
}
Client : 用户并不需要知道具体的建造过程,只需指定建造 Product 具体类型。
public  class BuilderPattern {
     public  static  void main(String[] args) {
        Director director =  new Director();
        Builder builder =  new ConcreteBuilder();
            
        director.construct(builder);
        Product product = builder.getResult();
        product.show();
    }
}

运行结果

============== 产品创建 ==============
部件C
部件A
部件B


动机


创建一个复杂对象的算法,这个算法应当独立于对象的组成部分以及它们的装配方式。

构建过程必须允许构建对象时有不同的表示。

 

要点


建造者模式允许修改一个产品的内部表示。

它将构造和表示两块代码隔离开来。

它很好的控制了构建过程。

图-建造者模式时序图

关键流程

客户端创建 Director 对象并配置它所需要的 Builder 对象。
Director 负责通知 builder 何时建造 product 的部件。
Builder处理 director 的请求并添加 product 的部件。
客户端从 builder 处获得 product。

实例


想象一下盖房子的场景。
一栋房子是由地基、墙、屋顶、门、窗各部分组合而成的。
盖房子需要有建筑工人负责建造,有工程师负责画建筑图纸。

House (Product角色)

package com.zp.java.patterns.builder;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

//  Product角色,由多个部件构成
public  class House {
    List<String> parts =  new ArrayList<String>();
    
     public  void addPart(String part) {
        parts.add(part);
    }
    
     public  void show() {
        System.out.println("======= 房子展示 =======");
         for (String part : parts) {
            System.out.println(part);
        }
    }
}

Builder

package com.zp.java.patterns.builder;

//  Builder角色 ,提供构建产品各部件的方法,并提供一个获得完整产品的方法。
public  interface Builder {
     public  void buildFoundation();
     public  void buildWall();
     public  void buildRoof();
     public  void buildWindow();
     public  void buildDoor();
     public House createHouse();
}

Worker (ConcreteBuilder角色)

package com.zp.java.patterns.builder;

//  ConcreteBuilder角色,实现 Builder 接口中的具体方法。 
public  class Worker  implements Builder {
     private House house =  new House();
    
    @Override
     public  void buildFoundation() {
        house.addPart("地基");
    }

    @Override
     public  void buildWall() {
        house.addPart("墙");
    }

    @Override
     public  void buildRoof() {
        house.addPart("房顶");
    }

    @Override
     public  void buildWindow() {
        house.addPart("窗户");
    }

    @Override
     public  void buildDoor() {
        house.addPart("门");
    }

    @Override
     public House createHouse() {
         return house;
    }
}

Engineer (Director角色)

package com.zp.java.patterns.builder;

//  Director角色,指挥构建产品的过程(控制构建顺序)
public  class Engineer {
     public  void conduct(Builder builder) {
        builder.buildFoundation();
        builder.buildWall();
        builder.buildRoof();
        builder.buildWindow();
        builder.buildDoor();
    }
}

Client

客户无需了解具体的构造细节。

package com.zp.java.patterns.builder;

public  class Test {
     public  static  void main(String[] args) {
        Builder builder =  new Worker();
        Engineer engineer =  new Engineer();
        engineer.conduct(builder);
        House house = builder.createHouse();
        house.show();
    }
}

运行结果

======= 房子展示 =======
地基

房顶
窗户

推荐阅读


本文属于 设计模式系列


参考资料


《大话设计模式》

《HeadFirst设计模式》

基于Spring Boot搭建的一个多功能在线学习系统的实现细节。系统分为管理员和用户两个主要模块。管理员负责视频、文件和文章资料的管理以及系统运营维护;用户则可以进行视频播放、资料下载、参与学习论坛并享受个性化学习服务。文中重点探讨了文件下载的安全性和性能优化(如使用Resource对象避免内存溢出),积分排行榜的高效实现(采用Redis Sorted Set结构),敏感词过滤机制(利用DFA算法构建内存过滤树)以及视频播放的浏览器兼容性解决方案(通过FFmpeg调整MOOV原子位置)。此外,还提到了权限管理方面自定义动态加载器的应用,提高了系统的灵活性和易用性。 适合人群:对Spring Boot有一定了解,希望深入理解其实际应用的技术人员,尤其是从事在线教育平台开发的相关从业者。 使用场景及目标:适用于需要快速搭建稳定高效的在线学习平台的企业或团队。目标在于提供一套完整的解决方案,涵盖从资源管理到用户体验优化等多个方面,帮助开发者更好地理解和掌握Spring Boot框架的实际运用技巧。 其他说明:文中不仅提供了具体的代码示例和技术思路,还分享了许多实践经验教训,对于提高项目质量有着重要的指导意义。同时强调了安全性、性能优化等方面的重要性,确保系统能够应对大规模用户的并发访问需求。
### 设计模式建造者模式 #### 定义 建造者模式是一种创建型设计模式,旨在将复杂对象的构建过程与其具体表示分离开来。这种分离使得相同的构建流程能够生成不同的表现形式[^1]。 #### 主要特点 - **逐步构造**:通过一系列步骤完成复杂对象的组装,每一步骤可由独立的对象负责。 - **灵活性高**:允许按照需求定制化对象的构建逻辑,支持多种类型的组件组合[^2]。 - **职责清晰**:客户端只需指定所需的建造者类型,无需关心复杂对象的具体组成细节及其装配方法[^3]。 #### 使用场景 当遇到以下情况时,适合应用建造者模式: - 方法相同但执行顺序不同会引发差异化的结果; - 复杂对象需由多个部件或零件构成,而这些部件的不同排列会影响最终效果; - 对象本身较为繁复,或者其内部操作次序的变化能带来显著的功能区别[^4]。 #### 实现结构 以下是建造者模式的核心组成部分: 1. **Product (产品角色)** 表示被构建的复杂对象,包含各个部分的定义以及它们之间的关系管理机制。 2. **Builder (抽象建造者)** 提供用于创建产品各部分的标准接口,规定了具体的子类应实现哪些功能。 3. **Concrete Builder (具体建造者)** 继承自`Builder`并提供实际的产品组建方案;维护所建实例的状态直至完全成型后再交付给Director。 4. **Director (指挥者/导演)** 负责控制整个构建进程,依据特定规则调用相应Builder的操作以达成目标产物。 下面是一个简单的例子展示如何利用C++实现上述概念: ```cpp // 抽象建造者 class Builder { public: virtual ~Builder() {} virtual void buildPartA() = 0; virtual void buildPartB() = 0; virtual Product* getResult() const = 0; }; // 具体建造者 class ConcreteBuilder : public Builder { private: Product *product; public: ConcreteBuilder(): product(new Product()) {} void buildPartA() override { /* 构建 A 部件 */ } void buildPartB() override { /* 构建 B 部件 */ } Product* getResult() const override { return this->product;} }; // 导演类 class Director { private: Builder *_builder; public: Director(Builder *b): _builder(b) {} void construct(){ this->_builder->buildPartA(); this->_builder->buildPartB(); } }; ```
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