設計模式系列—建造者模式

作者：一角錢技術 2020-10-20 13:33:00

系統

本篇和大家一起來學習建造者模式相關內容。

前言

23種設計模式速記
單例（singleton）模式
工廠方法（factory method）模式
抽象工廠（abstract factory）模式

23種設計模式快速記憶的請看上面第一篇，本篇和大家一起來學習建造者模式相關內容。

模式定義
將一個復雜對象的創建與他的表示分離，使得同樣的構建過程可以創建不同的表示。

用戶只需要給出指定復雜對象的類型和內容；

建造者模式負責按順序創建復雜對象（把內部的建造過程和細節隱藏起來)

解決的問題

降低創建復雜對象的復雜度
隔離了創建對象的構建過程 & 表示

從而：

方便用戶創建復雜的對象（不需要知道實現過程）
代碼復用性 & 封裝性（將對象構建過程和細節進行封裝 & 復用）

模式組成

指揮者（Director）直接和客戶（Client）進行需求溝通；
溝通后指揮者將客戶創建產品的需求劃分為各個部件的建造請求（Builder）；
將各個部件的建造請求委派到具體的建造者（ConcreteBuilder）；
各個具體建造者負責進行產品部件的構建；
最終構建成具體產品（Product）。

實例說明
實例概況

背景小張希望去中關村買一臺組裝的臺式主機
過程

中關村老板（Diretor）和小張（Client）進行需求溝通（買來打游戲？學習？看片？）
了解需求后，電腦城老板將小張需要的主機劃分為各個部件（Builder）的建造請求（CPU、主板......）
指揮裝機人員（ConcreteBuilder）去構建組件；
將組件組裝起來成小張需要的電腦（Product）

使用步驟
步驟1：定義具體產品類（Product）：電腦

class Computer{ 
 
    //電腦組件的集合 
    private List<String> parts = new ArrayList<String>(); 
 
    //用于將組件組裝到電腦里 
    public void Add(String part){ 
        parts.add(part); 
    } 
 
    public void Show(){ 
        for (int i = 0;i<parts.size();i++){ 
            System.out.println("組件" + parts.get(i) + "裝好了"); 
        } 
        System.out.println("電腦組裝完成，請驗收"); 
    } 
}

步驟2：定義組裝的過程（Builder）：組裝電腦的過程

abstract class Builder { 
 
    //第一步：裝CPU 
    //聲明為抽象方法，具體由子類實現 
    public abstract void  BuildCPU(); 
 
    //第二步：裝主板 
    //聲明為抽象方法，具體由子類實現 
    public abstract void BuildMainboard(); 
 
    //第三步：裝硬盤 
    //聲明為抽象方法，具體由子類實現 
    public abstract void BuildHD(); 
 
    //返回產品的方法：獲得組裝好的電腦 
    public abstract Computer GetComputer(); 
}

步驟3： 中關村老板委派任務給裝機人員（Director）

class Director{ 
    //指揮裝機人員組裝電腦 
    public void Construct(Builder builder){ 
        builder. BuildCPU(); 
        builder.BuildMainboard(); 
        builder.BuildHD(); 
    } 
}

步驟4： 創建具體的建造者（ConcreteBuilder）:裝機人員

class ConcreteBuilder extends Builder{ 
    //創建產品實例 
    Computer computer = new Computer(); 
 
    //組裝產品 
    @Override 
    public void  BuildCPU(){ 
        computer.Add("組裝CPU"); 
    } 
 
    @Override 
    public void  BuildMainboard() { 
        computer.Add("組裝主板"); 
    } 
 
    @Override 
    public void  BuildHD() { 
        computer.Add("組裝主板"); 
    } 
 
    //返回組裝成功的電腦 
    @Override 
    public  Computer GetComputer(){ 
        return computer; 
    } 
}

步驟5：客戶端調用-小張到電腦城找老板買電腦

public class BuilderPattern<builder> { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        // 步驟5：客戶端調用-小張到電腦城找老板買電腦 
 
        //逛了很久終于發現一家合適的電腦店 
        //找到該店的老板和裝機人員 
        Director director = new Director(); 
 
        Builder builder = new ConcreteBuilder(); 
 
        //溝通需求后，老板叫裝機人員去裝電腦 
        director.Construct(builder); 
 
        //裝完后，組裝人員搬來組裝好的電腦 
        Computer computer = builder.GetComputer(); 
        //組裝人員展示電腦給小張看 
        computer.Show(); 
    } 
}

輸出結果

組件CPU裝好了
組件主板裝好了
組件硬盤裝好了
電腦組裝完成，請驗收

優點

良好的封裝性：建造者對客戶端屏蔽了產品內部組成的細節，客戶端不用關心每一個具體的產品內部是如何實現的。
符合開閉原則
便于控制細節風險：由于建造者是相互獨立的，因此可以對建造過程逐步細化，而不對其他的模塊產生任何影響。

每一個具體建造者都相對獨立，而與其他的具體建造者無關，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者，用戶使用不同的具體建造者即可得到不同的產品對象。

缺點

建造者模式所創建的產品一般具有較多的共同點，其組成部分相似；如果產品之間的差異性很大，則不適合使用建造者模式，因此其使用范圍受到一定的限制。
如果產品的內部變化復雜，可能會導致需要定義很多具體建造者類來實現這種變化，導致系統變得很龐大。

應用場景

需要生成的對象具有復雜的內部結構
需要生成的對象內部屬性本身相互依賴
與不可變對象配合使用

與工廠方法模式的區別
建造者模式最主要的功能是基本方法的調用順序安排，基本方法已經實現，我們可以理解為零件的裝配，順序不同產生的對象也不同；而工廠方法的注重點是創建，創建零件是其主要職責，不關心組裝順序。

源碼中的應用

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

StringBuilder源碼分析
在jdk中StringBuilder類的實現中，采用建造者模式的思想。具體分析如下：

StringBuilder類繼承自AbstractStringBuilder，而AbstractStringBuilder實現了Appendable接口。AbstractStringBuilder雖然是一個抽象類，但是它實現了Appendable接口中的各個append()方法，因此在這里Appendable接口是一個抽象建造者，而AbstractStringBuilder是建造者，只是不能實例化。對于StringBuilder類，它既充當了指揮者角色，同時充當了具體的建造者，建造方法的具體實現是由AbstractStringBuilder完成，StringBuilder繼承了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類

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類：

public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence { 
 //雖說是重寫，但還是調用的AbstractStringBuilder方法 
   @Override 
    public StringBuilder append(String str) { 
        super.append(str); 
        return this; 
    } 
}

PS：以上代碼提交在 Github ：

https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git

責任編輯：姜華來源：今日頭條

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