设计模式系列 — 建造者模式

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前言

23种设计模式速记单例（singleton）模式工厂方法（factory method）模式抽象工厂（avstract factory）模式

23种设计模式快速记忆的请看上面第一篇，本篇和大家一起来学习建造者模式相关内容。

模式定义

将一个复杂对象的创建与他的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

用户只需要给出指定复杂对象的类型和内容；建造者模式负责按顺序创建复杂对象（把内部的建造过程和细节隐藏起来)

解决的问题

降低创建复杂对象的复杂度隔离了创建对象的构建过程 & 表示

从而：

方便用户创建复杂的对象（不需要知道实现过程）代码复用性 & 封装性（将对象构建过程和细节进行封装 & 复用）

模式组成

指挥者（Director）直接和客户（Client）进行需求沟通；沟通后指挥者将客户创建产品的需求划分为各个部件的建造请求（Builder）；将各个部件的建造请求委派到具体的建造者（ConcreteBuilder）；各个具体建造者负责进行产品部件的构建；最终构建成具体产品（Product）。

实例说明

实例概况

背景 小张希望去中关村买一台组装的台式主机过程 中关村老板（Diretor）和小张（Client）进行需求沟通（买来打游戏？学习？看片？）了解需求后，电脑城老板将小张需要的主机划分为各个部件（Builder）的建造请求（CPU、主板…）指挥装机人员（ConcreteBuilder）去构建组件；将组件组装起来成小张需要的电脑（Product）

使用步骤

步骤1：定义具体产品类（Product）：电脑

class Computer{ //电脑组件的集合 private List<String> parts = new ArrayList<String>(); //用于将组件组装到电脑里 public void Add(String part){ parts.add(part); } public void Show(){ for (int i = 0;i<parts.size();i++){ System.out.println("组件" + parts.get(i) + "装好了"); } System.out.println("电脑组装完成，请验收"); } }

步骤2：定义组装的过程（Builder）：组装电脑的过程

abstract class Builder { //第一步：装CPU //声明为抽象方法，具体由子类实现 public abstract void BuildCPU(); //第二步：装主板 //声明为抽象方法，具体由子类实现 public abstract void BuildMainboard(); //第三步：装硬盘 //声明为抽象方法，具体由子类实现 public abstract void BuildHD(); //返回产品的方法：获得组装好的电脑 public abstract Computer GetComputer(); }

步骤3： 中关村老板委派任务给装机人员（Director）

class Director{ //指挥装机人员组装电脑 public void Construct(Builder builder){ builder. BuildCPU(); builder.BuildMainboard(); builder.BuildHD(); } }

步骤4： 创建具体的建造者（ConcreteBuilder）:装机人员

class ConcreteBuilder extends Builder{ //创建产品实例 Computer computer = new Computer(); //组装产品 @Override public void BuildCPU(){ computer.Add("组装CPU"); } @Override public void BuildMainboard() { computer.Add("组装主板"); } @Override public void BuildHD() { computer.Add("组装主板"); } //返回组装成功的电脑 @Override public Computer GetComputer(){ return computer; } }

步骤5：客户端调用-小张到电脑城找老板买电脑

public class BuilderPattern<builder> { public static void main(String[] args) { // 步骤5：客户端调用-小张到电脑城找老板买电脑 //逛了很久终于发现一家合适的电脑店 //找到该店的老板和装机人员 Director director = new Director(); Builder builder = new ConcreteBuilder(); //沟通需求后，老板叫装机人员去装电脑 director.Construct(builder); //装完后，组装人员搬来组装好的电脑 Computer computer = builder.GetComputer(); //组装人员展示电脑给小张看 computer.Show(); } }

输出结果

组件CPU装好了 组件主板装好了 组件硬盘装好了 电脑组装完成，请验收

优点

良好的封装性：建造者对客户端屏蔽了产品内部组成的细节，客户端不用关心每一个具体的产品内部是如何实现的。符合开闭原则便于控制细节风险：由于建造者是相互独立的，因此可以对建造过程逐步细化，而不对其他的模块产生任何影响。

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。

缺点

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。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。

应用场景

需要生成的对象具有复杂的内部结构需要生成的对象内部属性本身相互依赖与不可变对象配合使用

与工厂方法模式的区别

建造者模式最主要的功能是基本方法的调用顺序安排，基本方法已经实现，我们可以理解为零件的装配，顺序不同产生的对象也不同；而工厂方法的注重点是创建，创建零件是其主要职责，不关心组装顺序。

源码中的应用

# jdk java.lang.StringBuilder # Spring源码 org.springframework.web.servlet.mvc.method.RequestMappingInfo org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionBuilder ......

StringBuilder源码分析

在jdk中StringBuilder类的实现中，采用建造者模式的思想。具体分析如下：

StringBuilder类继承自AbstractStringBuilder，而AbstractStringBuilder实现了Appendable接口。AbstractStringBuilder虽然是一个抽象类，但是它实现了Appendable接口中的各个append()方法，因此在这里Appendable接口是一个抽象建造者，而AbstractStringBuilder是建造者，只是不能实例化。对于StringBuilder类，它既充当了指挥者角色，同时充当了具体的建造者，建造方法的具体实现是由AbstractStringBuilder完成，StringBuilder继承了AbstractStringBuilder。

Appendable接口

public interface Appendable { Appendable append(CharSequence csq) throws IOException; Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException; Appendable append(char c) throws IOException; }

AbstractStringBuilder类

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence { char[] value;//The value is used for character storage. int count;//The count is the number of characters used. AbstractStringBuilder() { } AbstractStringBuilder(int capacity) { value = new char[capacity]; } 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; } private AbstractStringBuilder appendNull() { int c = count; ensureCapacityInternal(c + 4); final char[] value = this.value; value[c++] = 'n'; value[c++] = 'u'; value[c++] = 'l'; value[c++] = 'l'; count = c; return this; } private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) { // overflow-conscious code if (minimumCapacity - value.length > 0) { value = Arrays.copyOf(value, newCapacity(minimumCapacity)); } } public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) { if (srcBegin < 0) { throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin); } if (srcEnd > value.length) { throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd); } if (srcBegin > srcEnd) { throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd - srcBegin); } System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin); } // 此次省略...... }

StringBuilder类：

public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence { //虽说是重写，但还是调用的AbstractStringBuilder方法 @Override public StringBuilder append(String str) { super.append(str); return this; } }

PS：以上代码提交在 Github ：https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git

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