设计模式之建造者模式

2024-02-02 14:17:22

项目需求

盖房子项目需求

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，建立各种房子的过程是一样的，但是要求是不同的。
请编写程序，完成需求。

常规方式实现需求

UML类图

代码实现
AbstractHouse 类：

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();
    }
}

CommonHouse 类：

public class CommonHouse extends AbstractHouse {

    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println("给普通房子打地基");
    }
    @Override
    public void buildWalls() {
        System.out.println("给普通房子砌墙");
    }
    @Override
    public void roofed() {
        System.out.println("给普通房子盖房顶");
    }
}

HighBuilding 类同 CommonHouse 类相似，代码省略。
Client类：

public class Client {

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

这种方式优缺点
1. 优点：比较好理解，编码容易。
2. 缺点：设计结果过于简单，没有缓存层对象，程序的扩展和维护性差。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。
3. 把产品和产品建造的过程进行解耦 -> 建造者模式。

建造者模式

基本介绍

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。

建造者模式解决建造房子的需求

UML类图

代码实现

House 是一个产品角色，描述了这个产品的各种属性。House类代码如下：

public class House {

    private String basic;
    private String wall;
    private String roofed;

    public String getBasic() {
        return basic;
    }

    public void setBasic(String basic) {
        this.basic = basic;
    }

    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;
    }
}

抽象建造者角色，该类组合了产品角色 House。HouseBuilder 类代码：

// 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 roofed();

    // 建造房子，将产品（房子）返回
    public House buildHouse() {
        buildBasic();
        buildWall();
        roofed();
        return house;
    }
}

具体建造者
CommonHouse 类：

public class CommonHouse extends HouseBuilder{
    @Override
    public void buildBasic() {
        house.setBasic("普通地基");
        System.out.println("普通房子大地基");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        house.setWall("普通墙");
        System.out.println("普通房子砌墙");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        house.setRoofed("普通屋顶");
        System.out.println("普通房子普通屋顶");
    }
}

HighBuilding 类：

public class HighBuilding extends HouseBuilder {
    @Override
    public void buildBasic() {
        house.setBasic("高楼地基");
        System.out.println("高楼打地基");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        house.setWall("高楼墙");
        System.out.println("高楼砌墙");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        house.setRoofed("高楼屋顶");
        System.out.println("高楼造屋顶，透明屋顶");
    }
}

指挥者角色，该类聚合了抽象的建造者。HouseDirector类：

// 指挥者，这里会动态的指定指挥流程，返回具体产品
public class HouseDirector {

    HouseBuilder houseBuilder;
    // 构造器传入
    public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }
    // setter方法传入
    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() {
        return houseBuilder.buildHouse();
    }
}

客户端 client：

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（房子）
        House house = houseDirector.constructHouse();
        System.out.println(house.getBasic());

        houseDirector.setHouseBuilder(new HighBuilding());
        House highHouse = houseDirector.constructHouse();
        System.out.println(highHouse.getBasic());
    }
}

建造者模式在JDK中的应用

StringBuilder类源码分析

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence
{
}

从代码中，我们看到 StringBuilder 类继承了 AbstractStringBuilder 类。

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
}

而 AbstractStringBuilder 类实现了 Appendable接口。

Appendable方法即为抽象的建造者。
而 AbstractStringBuilder 类实现了 Appendable接口，所以 AbstractStringBuilder 是一个具体的建造者，只是还不能被实例化。因为是抽象类。
而StringBuilder类，是一个指挥者。指挥 AbstractStringBuilder 类的 append方法，去构建字符串。
String类就是我们的产品类。

建造者模式的注意事项和细节

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，而与其它的具体建造者无关。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。
可以更具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的类库代码。指挥者类针对抽象的建造者类编程，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都有较多的共同点，其组成部分相似。如果产品之间的差异性较大，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，因此这种情况下要考虑是否使用建造者模式。
抽象工厂模式 VS 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系构建过程，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的产品。

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