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设计模式（构建者模式）

news 来源：原创 2025/5/15 4:28:41

建造者设计模式详解

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，它允许我们分步骤创建复杂对象。这种模式特别适合那些需要多个步骤才能构建出来的、有很多配置选项的对象。

为什么需要建造者模式？

想象一下，我们需要创建一个House对象，这个房子有墙壁、门、窗户、屋顶等组件。传统方式可能是这样的：

House house = new House(4, 2, 6, true, "红砖", "木头", "瓷砖");

这种方式有几个问题：

参数过多：构造函数的参数太多，容易搞混
参数顺序：必须记住参数的准确顺序
可选参数：如果某些参数是可选的，可能需要创建多个构造函数

建造者模式如何解决这些问题？

建造者模式将对象的构造过程抽象为独立的步骤，每个步骤都可以被单独调用，最后一次性创建完整的对象。

图解建造者模式

让我们通过一个图例来理解建造者模式的结构：

┌───────────────┐      uses      ┌───────────────┐
│    Client     │───────────────▶│    Director   │
└───────────────┘                └───────┬───────┘││ uses▼
┌───────────────┐      builds    ┌───────────────┐
│    Product    │◀───────────────│    Builder    │
└───────────────┘                └───────┬───────┘││ implements▼┌───────────────┐│ConcreteBuilder│└───────────────┘

这个图解展示了以下组件：

Product：最终要创建的复杂对象
Builder：定义创建Product对象的抽象接口
ConcreteBuilder：实现Builder接口的具体类
Director：调用Builder接口创建最终的Product对象

建造房子的例子

让我们用建造房子作为例子，看看建造者模式如何工作：

           创建过程
┌─────────────────────────────────┐
│                                 │
│   ┌─────┐    ┌─────┐    ┌─────┐ │     ┌───────────┐
│   │     │    │     │    │     │ │     │           │
│   │墙壁 │───▶│门窗 │───▶│屋顶 │─┼────▶│  完整房屋  │
│   │     │    │     │    │     │ │     │           │
│   └─────┘    └─────┘    └─────┘ │     └───────────┘
│                                 │
└─────────────────────────────────┘

代码实现

下面是一个Java代码实现的例子：

// 1. 产品类
class House {private String foundation;private String walls;private String roof;private int windows;private int doors;private boolean hasGarage;private boolean hasSwimmingPool;private boolean hasGarden;public String toString() {return "House with " + walls + " walls, " + roof + " roof, " + windows + " windows, " + doors + " doors" + (hasGarage ? ", with garage" : ", without garage") +(hasSwimmingPool ? ", with swimming pool" : ", without swimming pool") +(hasGarden ? ", with garden" : ", without garden");}// Getter 方法...// 私有构造函数，只能通过Builder访问private House() {}// 静态内部Builder类public static class Builder {private House house;public Builder() {house = new House();}public Builder foundation(String foundation) {house.foundation = foundation;return this;}public Builder walls(String walls) {house.walls = walls;return this;}public Builder roof(String roof) {house.roof = roof;return this;}public Builder windows(int windows) {house.windows = windows;return this;}public Builder doors(int doors) {house.doors = doors;return this;}public Builder garage(boolean hasGarage) {house.hasGarage = hasGarage;return this;}public Builder swimmingPool(boolean hasSwimmingPool) {house.hasSwimmingPool = hasSwimmingPool;return this;}public Builder garden(boolean hasGarden) {house.hasGarden = hasGarden;return this;}public House build() {return house;}}
}// 2. 指导者类（可选）
class HouseDirector {public House constructLuxuryHouse(House.Builder builder) {return builder.foundation("混凝土").walls("砖墙").roof("瓦片屋顶").windows(8).doors(4).garage(true).swimmingPool(true).garden(true).build();}public House constructSimpleHouse(House.Builder builder) {return builder.foundation("混凝土").walls("砖墙").roof("简易屋顶").windows(4).doors(2).garage(false).swimmingPool(false).garden(false).build();}
}// 3. 客户端代码
public class BuilderDemo {public static void main(String[] args) {// 使用Builder直接构建House house1 = new House.Builder().walls("砖墙").roof("瓦片屋顶").windows(6).doors(2).garage(true).build();System.out.println("自定义房屋: " + house1);// 使用Director构建预定义房屋类型HouseDirector director = new HouseDirector();House luxuryHouse = director.constructLuxuryHouse(new House.Builder());House simpleHouse = director.constructSimpleHouse(new House.Builder());System.out.println("豪华房屋: " + luxuryHouse);System.out.println("简易房屋: " + simpleHouse);}
}

建造者模式的流程图

以下是建造者模式的实际工作流程图：

┌─────────────┐         ┌─────────────┐         ┌─────────────┐
│             │  (1)    │             │  (2)    │             │
│   Client    │────────▶│   Builder   │────────▶│   Product   │
│             │  创建    │             │  构建    │             │
└─────────────┘         └──────┬──────┘         └─────────────┘││ (1.1) 设置属性│▼┌─────────────┐│  Director   ││  (可选)     │└─────────────┘

客户端创建一个Builder对象
客户端直接或通过Director配置Builder
客户端调用Builder的build()方法获取最终产品

建造者模式的优点

分步构建：可以一步一步创建复杂对象
流式接口：使用方法链提供流畅的API
参数清晰：每个方法名清晰表明设置的是什么属性
不变性：可以创建不可变对象
可选参数：轻松处理大量可选参数

建造者模式的应用场景

复杂对象创建：当对象有很多属性，特别是有可选属性时
不可变对象：需要创建不可变对象时
多步骤构建：对象需要多步骤才能完成构建时
配置对象：需要创建具有多种配置的对象时

现实世界中的建造者模式

Java中的几个常见例子：

StringBuilder 和 StringBuffer
DocumentBuilder 在Java的XML处理中
Java 8中Stream API的链式调用

结论

建造者模式是一种强大的设计模式，尤其适合创建复杂对象。它将对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式提高了代码的可读性、可维护性，并且提供了一种创建复杂对象的清晰方式。

当你面对具有许多属性的复杂对象时，考虑使用建造者模式，它可以让你的代码更加整洁和灵活。

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