系统设计
设计模式

建造者模式

# 建造者模式

# 盖房项目需求

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，各种房子的过程虽然一样，但是要求不要相同的
请编写程序，完成需求

# 传统方式

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();
	}
}

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public class CommonHouse extends AbstractHouse {

	@Override
	public void buildBasic() {
		System.out.println(" 普通房子打地基 ");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		System.out.println(" 普通房子砌墙 ");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		System.out.println(" 普通房子封顶 ");
	}

}

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public class Client {

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

}

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# 传统方式的问题分析

优点是比较好理解，简单易操作
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。
解决方案：将产品和产品建造过程解耦 => 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。
建造者摸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。

# 建造者模式解决盖房需求

# 思路分析

思路分析：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。

# 1、Product(产品角色)

// 产品 -> Product
@Data
public class House {

	private String basic;

	private String wall;

	private String roofed;
}

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# 2、Builder(抽象建造者)

// 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 buildWalls();

    public abstract void roofed();

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

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# 3、ConcreteBuilder(具体建造者)

// 具体建造者1 -- 普通房子
public class CommonHouse extends HouseBuilder {

    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println(" 普通房子打地基5米 ");
    }

    @Override
    public void buildWalls() {
        System.out.println(" 普通房子砌墙10cm ");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        System.out.println(" 普通房子屋顶 ");
    }

}

// 具体建造者2 -- 高楼
public class HighBuilding extends HouseBuilder {

	@Override
	public void buildBasic() {
		System.out.println(" 高楼的打地基100米 ");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		System.out.println(" 高楼的砌墙20cm ");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");
	}

}

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# 4、Director(指挥者)

// 指挥者，这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {

    HouseBuilder houseBuilder;

    // 构造器传入 houseBuilder
    public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    // 通过setter 传入 houseBuilder
    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() {
        houseBuilder.buildBasic();
        houseBuilder.buildWalls();
        houseBuilder.roofed();
        return houseBuilder.buildHouse();
    }
}

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# 客户端

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		
		// 1、指定产品的【具体建造者】 -- 盖普通房子
		CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
		// 2、将具体建造者传给【指挥者】 -- 准备创建房子的指挥者
		HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
		// 3、指挥者调用方法执行构建流程，最终返回产品 -- 完成盖房子，返回产品(普通房子)
		House house = houseDirector.constructHouse();
		
		// System.out.println("输出流程");
		
		System.out.println("--------------------------");

		// 盖高楼
		HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
		// 重置建造者
		houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
		// 完成盖房子，返回产品(高楼)
		houseDirector.constructHouse();
	}
}

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# 建造者模式在 JDK 的应用和源码分析

java.lang.StringBuilder 中的建造者模式。

一层层地点击内部方法，如下所示：

# 1、使用示例

public class Builder {

	public static void main(String[] args) {
		StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("hello,world");
		System.out.println(stringBuilder);
	}

}

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# 2、StringBuilder（相当于指挥者）

职责：继承自 AbstractStringBuilder，并提供了额外的方法和功能。StringBuilder 负责调用 AbstractStringBuilder 中的方法来构建字符串。

public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, Comparable<StringBuilder>, CharSequence
{
  
    // 构造函数
    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public StringBuilder(String str) {
        super(str.length() + 16);
        append(str);
    }

    @Override
    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }

  // ...省略
}

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# 3、AbstractStringBuilder(抽象类)

职责：实现了 Appendable 接口中定义的 append 方法，提供了字符串构建的基本功能。虽然 AbstractStringBuilder 是抽象类，但它已经实现了大部分具体的构建逻辑。

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {

    public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null) {
            return appendNull();
        }
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        putStringAt(count, str);
        count += len;
        return this;
    }
  
  // ...省略
}

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# 4、Appendable(接口)

职责：定义了多个 append 方法，这些方法是抽象的，具体实现由子类提供。

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;
}

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# 源码分析

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 即充当了指挥者角色，同时充当了具体的建造者，建造方法的实现是由 AbstractStringBuilder 完成，而 StringBuilder 继承了 AbstractStringBuilder

# 其中的角色解析

抽象建造者（Abstract Builder）

角色：定义了创建产品对象的抽象接口。
对应类：Appendable 接口。
职责：定义了多个 append 方法，这些方法是抽象的，具体实现由子类提供。

具体建造者（Concrete Builder）

角色：实现了抽象建造者接口，负责构建产品的各个部分。
对应类：AbstractStringBuilder 类。
职责：实现了 Appendable 接口中定义的 append 方法，提供了字符串构建的基本功能。虽然 AbstractStringBuilder 是抽象类，但它已经实现了大部分具体的构建逻辑。

指挥者（Director）

角色：负责调用具体建造者的方法，构建产品对象。
对应类：StringBuilder 类。
职责：继承自 AbstractStringBuilder，并提供了额外的方法和功能。StringBuilder 负责调用 AbstractStringBuilder 中的方法来构建字符串。

产品（Product）

角色：最终构建出来的对象。
对应类：字符串对象。
职责：存储和管理最终构建的结果。

# 优点

分离构建逻辑和表示：建造者模式将产品的构建逻辑和表示分离，使得相同的构建过程可以创建不同的表示。
灵活性：可以通过不同的具体建造者来创建不同类型的产品，增加了代码的灵活性。
封装性：建造者模式将复杂的构建过程封装在建造者类中，客户端只需要调用指挥者的方法即可，简化了客户端的代码。
可扩展性：新增产品类型时，只需添加新的具体建造者类，不需要修改现有代码，符合开闭原则。

# 总结

Appendable：抽象建造者，定义了抽象方法。
AbstractStringBuilder：具体建造者，实现了抽象方法，提供了基本构建逻辑。
StringBuilder：指挥者兼具体建造者，负责调用具体建造者的方法来构建产品。

# 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
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
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”
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，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

区别总结

目的不同：
- 抽象工厂模式：目的是创建一组相关或相互依赖的对象。
- 建造者模式：目的是逐步构建一个复杂的对象。
关注点不同：
- 抽象工厂模式：关注的是对象的创建和组合，确保创建的对象是一致的。
- 建造者模式：关注的是对象的构建过程，允许逐步构建复杂的对象。
应用场景不同：
- 抽象工厂模式：适用于需要创建多个相关对象的场景。
- 建造者模式：适用于需要构建复杂对象，对象的构建过程较为复杂的场景。
设计复杂度不同：
- 抽象工厂模式：设计相对复杂，涉及多个抽象类和具体类。
- 建造者模式：设计相对简单，主要集中在产品的构建过程上。

上次更新: 2024/11/5 23:38:48

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