Java编程之建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，它将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式允许你分步骤构建一个复杂对象，并且可以在构建过程中进行不同的配置。

模式的核心组件

建造者模式通常包含以下四个核心组件：

1. 产品（Product）：要构建的复杂对象。
2. 抽象建造者（Builder）：定义了构建产品各个部分的抽象接口。
3. 具体建造者（Concrete Builder）：实现抽象建造者接口，完成产品各部分的具体构建。
4. 指挥者（Director）：负责安排复杂对象的构建顺序，并使用建造者对象构建产品。

简单实现

让我们通过一个示例来详细说明建造者模式的实现。假设我们要构建一个电脑（Computer）对象，它包含 CPU、内存、硬盘和显卡等组件。

首先，定义产品类：

// 产品类：电脑
public class Computer {private String cpu;private String memory;private String hardDisk;private String graphicsCard;// 私有构造函数，只能通过Builder创建Computerprivate Computer(Builder builder) {this.cpu = builder.cpu;this.memory = builder.memory;this.hardDisk = builder.hardDisk;this.graphicsCard = builder.graphicsCard;}// Getter方法public String getCpu() {return cpu;}public String getMemory() {return memory;}public String getHardDisk() {return hardDisk;}public String getGraphicsCard() {return graphicsCard;}@Overridepublic String toString() {return "Computer{" +"cpu='" + cpu + '\'' +", memory='" + memory + '\'' +", hardDisk='" + hardDisk + '\'' +", graphicsCard='" + graphicsCard + '\'' +'}';}// 静态内部类：Builderpublic static class Builder {private String cpu;private String memory;private String hardDisk;private String graphicsCard;// 设置CPU，返回Builder实例以便链式调用public Builder setCpu(String cpu) {this.cpu = cpu;return this;}// 设置内存，返回Builder实例以便链式调用public Builder setMemory(String memory) {this.memory = memory;return this;}// 设置硬盘，返回Builder实例以便链式调用public Builder setHardDisk(String hardDisk) {this.hardDisk = hardDisk;return this;}// 设置显卡，返回Builder实例以便链式调用public Builder setGraphicsCard(String graphicsCard) {this.graphicsCard = graphicsCard;return this;}// 构建Computer对象public Computer build() {// 可以在这里添加参数验证逻辑if (cpu == null || memory == null || hardDisk == null) {throw new IllegalArgumentException("CPU、内存和硬盘是必需的");}return new Computer(this);}}
}

然后，使用建造者模式创建电脑对象：

public class BuilderPatternExample {public static void main(String[] args) {// 使用Builder创建电脑对象Computer gamingComputer = new Computer.Builder().setCpu("Intel i9-12900K").setMemory("32GB DDR5").setHardDisk("2TB NVMe SSD").setGraphicsCard("NVIDIA RTX 3080").build();Computer officeComputer = new Computer.Builder().setCpu("Intel i5-12400").setMemory("16GB DDR4").setHardDisk("512GB SSD").build(); // 办公电脑可以不设置独立显卡System.out.println("游戏电脑配置：" + gamingComputer);System.out.println("办公电脑配置：" + officeComputer);}
}

如上是一个建造者模式的简单实现，是不是感觉超级简单，下面是经典的实现方式

 经典实现

// 1. 产品类：电脑
public class Computer {private String cpu;private String memory;private String hardDisk;private String graphicsCard;// 构造函数和Getter方法public Computer(String cpu, String memory, String hardDisk, String graphicsCard) {this.cpu = cpu;this.memory = memory;this.hardDisk = hardDisk;this.graphicsCard = graphicsCard;}@Overridepublic String toString() {return "Computer{" +"cpu='" + cpu + '\'' +", memory='" + memory + '\'' +", hardDisk='" + hardDisk + '\'' +", graphicsCard='" + graphicsCard + '\'' +'}';}
}// 2. 抽象建造者接口
public interface ComputerBuilder {void buildCPU();void buildMemory();void buildHardDisk();void buildGraphicsCard();Computer getComputer();
}// 3. 具体建造者：游戏电脑建造者
public class GamingComputerBuilder implements ComputerBuilder {private Computer computer;public GamingComputerBuilder() {this.computer = new Computer(null, null, null, null);}@Overridepublic void buildCPU() {computer.setCpu("Intel i9-12900K");}@Overridepublic void buildMemory() {computer.setMemory("32GB DDR5");}@Overridepublic void buildHardDisk() {computer.setHardDisk("2TB NVMe SSD");}@Overridepublic void buildGraphicsCard() {computer.setGraphicsCard("NVIDIA RTX 3080");}@Overridepublic Computer getComputer() {return computer;}
}// 3. 具体建造者：办公电脑建造者
public class OfficeComputerBuilder implements ComputerBuilder {private Computer computer;public OfficeComputerBuilder() {this.computer = new Computer(null, null, null, null);}@Overridepublic void buildCPU() {computer.setCpu("Intel i5-12400");}@Overridepublic void buildMemory() {computer.setMemory("16GB DDR4");}@Overridepublic void buildHardDisk() {computer.setHardDisk("512GB SSD");}@Overridepublic void buildGraphicsCard() {// 办公电脑可以不设置独立显卡}@Overridepublic Computer getComputer() {return computer;}
}// 4. 指挥者：控制构建过程
public class ComputerDirector {private ComputerBuilder builder;public ComputerDirector(ComputerBuilder builder) {this.builder = builder;}public void constructComputer() {builder.buildCPU();builder.buildMemory();builder.buildHardDisk();builder.buildGraphicsCard();}public Computer getComputer() {return builder.getComputer();}
}// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {// 构建游戏电脑ComputerBuilder gamingBuilder = new GamingComputerBuilder();ComputerDirector director = new ComputerDirector(gamingBuilder);director.constructComputer();Computer gamingComputer = director.getComputer();// 构建办公电脑ComputerBuilder officeBuilder = new OfficeComputerBuilder();director = new ComputerDirector(officeBuilder);director.constructComputer();Computer officeComputer = director.getComputer();System.out.println("游戏电脑配置：" + gamingComputer);System.out.println("办公电脑配置：" + officeComputer);}
}

模式的优点

1. 分离构建和表示：使得构建算法可以独立于产品的表示，提高了系统的可扩展性。
2. 分步构建：可以分步骤构建一个复杂对象，允许在构建过程中进行不同的配置。
3. 链式调用：通过链式调用方法设置属性，使代码更简洁易读。
4. 参数验证：可以在build()方法中添加参数验证逻辑，确保对象的完整性。

模式的应用场景

1. 复杂对象构建：当创建一个对象需要很多步骤，并且这些步骤的顺序可能不同。
2. 可选参数较多：当一个类的构造函数有很多参数，特别是其中很多是可选参数时。
3. 构建不同表示：当需要创建同一个产品的不同表示时。

与其他模式的比较

• 工厂模式：工厂模式关注的是整体对象的创建，而建造者模式关注的是对象的分步构建。
• 抽象工厂模式：抽象工厂模式返回的是一系列相关产品，而建造者模式返回的是一个完整的产品。

建造者模式在实际开发中非常常用，特别是在创建复杂对象时。它能够使代码更加清晰、灵活，并且易于维护。另外Lombok 的@Builder注解是一个强大的工具，它能自动生成流式 API 风格的 "建造者模式 (Builder Pattern)" 代码，从而避免编写大量样板代码。使用该注解可以让代码更简洁，同时保持建造者模式的优势。