建造者模式

盖房项目需求

• 1）需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶
• 2）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

传统方式

public abstract class AbsHouse {
    protected abstract void piling();

    protected abstract void walling();

    protected abstract void capping();

    public void build() {
        piling();
        walling();
        capping();
    }
}

public class NormalRoom extends AbsHouse {
    @Override
    protected void piling() {
        System.out.println("普通房打桩...");
    }

    @Override
    protected void walling() {
        System.out.println("普通房砌墙...");
    }

    @Override
    protected void capping() {
        System.out.println("普通房封顶...");
    }
}

public class HighRise extends AbsHouse {
    @Override
    protected void piling() {
        System.out.println("高楼打桩...");
    }

    @Override
    protected void walling() {
        System.out.println("高楼砌墙...");
    }

    @Override
    protected void capping() {
        System.out.println("高楼封顶...");
    }
}

public class Villa extends AbsHouse {
    @Override
    protected void piling() {
        System.out.println("别墅打桩...");
    }

    @Override
    protected void walling() {
        System.out.println("别墅砌墙...");
    }

    @Override
    protected void capping() {
        System.out.println("别墅封顶...");
    }
}

问题分析

• 1）优点是比较好理解，简单易操作
• 2）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
• 3）解决方案：将产品和产品建造过程解耦 ==> 建造者模式

基本介绍

• 1）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
• 2）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

• 1）Product（产品角色）：一个具体的产品对象
• 2）AbstractBuilder（抽象建造者）：可建一个 Product 对象的各个部件指定的接口 / 抽象类
• 3）ConcreteBuilder（具体建造者）：实现接口，构建和装配各个部件
• 4）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

建造者模式解决盖房需求

需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶。不管是普通房子也好，别墅也好都需要经历这些过程，下面我们使用建造者模式（Builder Pattern）来完成

UML 类图

核心代码

public class House {
    private String pile;
    private String wall;
    private String roof;

    public String getPile() {
        return pile;
    }

    public void setPile(String pile) {
        this.pile = pile;
    }

    public String getWall() {
        return wall;
    }

    public void setWall(String wall) {
        this.wall = wall;
    }

    public String getRoof() {
        return roof;
    }

    public void setRoof(String roof) {
        this.roof = roof;
    }
}

public abstract class HouseBuilder {
    private House house = new House();

    public abstract void piling();

    public abstract void walling();

    public abstract void capping();

    public House build() {
        return house;
    }
}

public class NormalRoomBuilder extends HouseBuilder {
    @Override
    public void piling() {
        System.out.println("普通房打桩...");
    }

    @Override
    public void walling() {
        System.out.println("普通房砌墙...");
    }

    @Override
    public void capping() {
        System.out.println("普通房封顶...");
    }
}

public class HighRiseBuilder extends HouseBuilder {
    @Override
    public void piling() {
        System.out.println("高楼打桩...");
    }

    @Override
    public void walling() {
        System.out.println("高楼砌墙...");
    }

    @Override
    public void capping() {
        System.out.println("高楼封顶...");
    }
}

public class VillaBuilder extends HouseBuilder {
    @Override
    public void piling() {
        System.out.println("别墅打桩...");
    }

    @Override
    public void walling() {
        System.out.println("别墅砌墙...");
    }

    @Override
    public void capping() {
        System.out.println("别墅封顶...");
    }
}

public class HouseDirector {
    private HouseBuilder houseBuilder;

    public HouseDirector() {
    }

    public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    public House buildHouse() {
        houseBuilder.piling();
        houseBuilder.walling();
        houseBuilder.capping();
        return houseBuilder.build();
    }
}

public class BuilderTest {
    public static void main(String[] args) {
        HouseDirector houseDirector = new HouseDirector();
        House house;

        houseDirector.setHouseBuilder(new NormalRoomBuilder());
        house = houseDirector.buildHouse();
        houseDirector.setHouseBuilder(new HighRiseBuilder());
        house = houseDirector.buildHouse();
        houseDirector.setHouseBuilder(new VillaBuilder());
        house = houseDirector.buildHouse();
    }
}

JDK 源码分析

java.lang.StringBuilder 中的建造者模式

@Override
public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}
//通过调用AbstractStringBuilder中的append 方法来构造对象
public AbstractStringBuilder append(String str) {
    if (str == null)
        return appendNull();
    int len = str.length();
    ensureCapacityInternal(count + len);
    str.getChars(0, len, value, count);
    count += len;
    return this;
}

角色分析

• 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既充当了指挥者角色，又充当了具体的建造者，建造方法的实现是由AbstractStringBuilder完成，StringBuilder继承了AbstractStringBuilder

注意事项及细节

• 1）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
• 2）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
  
  3）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
• 4）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”
• 5）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
• 6）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 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

实例类和建造者类定义在同一个类中

public class Student {
    private String name;
    private String age;
    private String number;
    private String address;
    private String school;
    public Student(StudentBuilder builder) {
        this.name = builder.name;
        this.age = builder.age;
        this.number = builder.number;
        this.address = builder.address;
        this.school = builder.school;
    }
    /**
     * 使用静态内部类作为创建者
     *      将具体的业务类 及其 创建者 定义在一个类中
     * 使用链式调用 , 每个 build 步骤都返回创建者本身
     */
    public static class StudentBuilder {
        private String name;
        private String age;
        private String number;
        private String address;
        private String school;

        public StudentBuilder buildName(String name) {
            this.name = name;
            return this;
        }

        public StudentBuilder buildAge(String age) {
            this.age = age;
            return this;
        }

        public StudentBuilder buildNumber(String number) {
            this.number = number;
            return this;
        }

        public StudentBuilder buildAddress(String address) {
            this.address = address;
            return this;
        }

        public StudentBuilder buildSchool(String school) {
            this.school = school;
            return this;
        }

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

    public static void main(String[] args) {
        // 使用链式调用 , 一行代码创建实例对象
        Student student = new Student.StudentBuilder()
                .buildName("小明")
                .buildAge("12")
                .buildNumber("1")
                .buildAddress("学院路")
                .buildSchool("第一小学")
                .build();
        System.out.println(student);
    }
}