创建型模式3.建造者模式

创建型模式

1. 工厂方法模式（Factory Method Pattern）
2. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
3. 建造者模式（Builder Pattern）
4. 原型模式（Prototype Pattern）
5. 单例模式（Singleton Pattern）

建造者模式（Builder Pattern） 是一种创建型设计模式，旨在通过一步步构建复杂对象，解耦对象的构建过程和表示方式。建造者模式允许你用相同的构建过程创建不同的表示（即不同类型的复杂对象）。这使得对象的创建过程更加灵活，同时避免了在构造函数中使用大量的参数。

关键概念

• Builder（建造者）：负责构建一个产品的各个部分，并提供一个方法来获取构建完成的产品。
• ConcreteBuilder（具体建造者）：实现了 Builder 接口，负责构建产品的各个部分，并提供获取产品的功能。
• Product（产品）：由建造者构建的复杂对象，包含多个部分。
• Director（指挥者）：指挥构建过程，负责使用 Builder 来构建产品。Director 并不关心产品的具体组成部分，只是按照特定的步骤来创建产品。

适用场景

• 当对象的构建过程非常复杂时，且构建过程中的不同步骤可以按照一定的顺序进行组合。
• 当一个产品的创建过程必须允许不同的表示（例如同一产品的不同版本或变种）。
• 当对象的构建过程需要控制创建对象的不同部分的顺序。

优缺点分析

优点：

1. 解耦复杂对象的构建与表示：建造者模式将对象的创建过程从对象本身分离出来，使得客户端可以只关心如何构建，而不用关心如何表示。
2. 灵活性强：同一个建造过程可以构建不同的表示。
3. 避免构造函数参数过多：如果一个对象需要多个构造参数，通过建造者模式可以将这些参数逐一设置，避免构造函数参数列表过于复杂。
4. 产品的一致性：产品的构建是由 Director 负责的，可以确保产品的构建过程是统一且符合一定顺序的。

缺点：

1. 增加类的数量：需要创建多个具体建造者类和指挥者类，会增加系统的复杂性。
2. 适用于较为复杂的对象构建：对于简单对象的创建，使用建造者模式可能会显得过于复杂。

代码示例

1. 定义产品类（Product）

假设我们要创建一个表示汽车的对象，汽车有多个组成部分（如发动机、轮胎、车窗等）。

// 产品类（Product）
public class Car {private String engine;private String wheels;private String windows;public void setEngine(String engine) {this.engine = engine;}public void setWheels(String wheels) {this.wheels = wheels;}public void setWindows(String windows) {this.windows = windows;}@Overridepublic String toString() {return "Car{" +"engine='" + engine + '\'' +", wheels='" + wheels + '\'' +", windows='" + windows + '\'' +'}';}
}

2. 定义建造者接口（Builder）

建造者接口定义了构建产品的各个步骤。

// 建造者接口（Builder）
public interface CarBuilder {void buildEngine();void buildWheels();void buildWindows();Car getResult();
}

3. 实现具体建造者（ConcreteBuilder）

具体建造者负责实现 CarBuilder 接口，构建汽车的不同部分。

// 具体建造者类（ConcreteBuilder）
public class SportsCarBuilder implements CarBuilder {private Car car;public SportsCarBuilder() {car = new Car();}@Overridepublic void buildEngine() {car.setEngine("V8 Engine");}@Overridepublic void buildWheels() {car.setWheels("Sports Wheels");}@Overridepublic void buildWindows() {car.setWindows("Tinted Windows");}@Overridepublic Car getResult() {return car;}
}

4. 定义指挥者类（Director）

指挥者类负责按顺序构建产品，使用建造者来创建不同的产品。

// 指挥者类（Director）
public class Director {private CarBuilder carBuilder;public Director(CarBuilder carBuilder) {this.carBuilder = carBuilder;}public Car construct() {carBuilder.buildEngine();carBuilder.buildWheels();carBuilder.buildWindows();return carBuilder.getResult();}
}

5. 客户端代码

客户端通过指挥者来构建复杂对象。

// 客户端
public class BuilderPatternTest {public static void main(String[] args) {// 创建具体建造者对象CarBuilder builder = new SportsCarBuilder();// 创建指挥者对象Director director = new Director(builder);// 指挥者根据建造者构建对象Car car = director.construct();// 输出构建好的对象System.out.println(car);}
}

变种：可选参数

建造者模式可以支持可选的参数，允许客户端根据需要选择是否构建某些部分。例如，在上面的例子中，如果用户不需要车窗，CarBuilder 可以提供一个不设置窗户的建造方法。

总结

建造者模式通过分步骤、分部分地构建复杂对象，极大地解耦了对象的构建和表示过程。这种模式的优点是能够应对对象的复杂性，同时提供灵活的创建过程。它常用于产品（如汽车、电脑等）的构建过程较为复杂、包含多个可选部分的场景。通过使用建造者模式，可以使得创建不同类型的对象更加灵活，并保持较高的可维护性。