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 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();
	}
}

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 ");
	}

}

public class Client {

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

}

传统方式的问题分析

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

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

1. Product(产品角色)：一个具体的产品对象。
2. 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。
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;
}

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;
    }
}

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 ");
	}

}

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();
    }
}

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();
	}
}

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);
	}

}

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
}

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
}

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;
}

源码分析

1. 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
2. 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
3. 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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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

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
7. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。