设计模式-建造者模式

1. 具体需求

盖房子项目的需求：

1）需要建房子：这个过程为打桩、砌墙、封顶

2）房子有各种各样的，比如普通房、高楼、别素……，各种房子的过程虽然一样，但是要求不同，比如打的地基深度不一样

3）请编写程序，完成需求

2. 传统解决方式

1）思路分析（图解）

2）代码实现

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("Common house build base.");
    }

    @Override
    public void buildWalls() {
        System.out.println("Common house build walls.");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        System.out.println("Common house roof.");
    }
}

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

3）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

3. 建造者模式解决方案

3.1 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）建造者模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。

3.2 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，作为一个抽象层作为缓冲。（指定建造一个产品的流程，不关心具体细节，由具体建造者来实现） 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。

3.3 原理图

3.4 应用实例

1）类图

2）代码示例

//Product
public class House {
    private String baise;
    private String wall;
    private String roofed;

    public String getBaise() {
        return baise;
    }
    public void setBaise(String baise) {
        this.baise = baise;
    }
    public String getWall() {
        return wall;
    }
    public void setWall(String wall) {
        this.wall = wall;
    }
    public String getRoofed() {
        return roofed;
    }
    public void setRoofed(String roofed) {
        this.roofed = roofed;
    }

}

//Builder
public abstract class HouseBuilder {
    //组合关系
    protected House house =  new House();

    //将建造的流程写好，抽象的方法
    //打地基
    public abstract void buildBasic();
    //砌墙
    public abstract void buildWalls();
    //封顶
    public abstract void roofed();

    //建造好房子，将产品返回
    public House buildHouse() {
        return house;
    }
}

//ConcreteBuilder
public class CommonHouse extends HouseBuilder{
    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println("Common house build basic");
    }

    @Override
    public void buildWalls() {
        System.out.println("Common house build walls");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        System.out.println("Common house roofed");
    }
}

//ConcreteBuilder
public class HighBuilding extends HouseBuilder{

    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println("High building build basic 100m.");
    }

    @Override
    public void buildWalls() {
        System.out.println("High building build wall 20cm.");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        System.out.println("High building roofed.");
    }
}

//Director, 这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {
    //聚合关系
    HouseBuilder houseBuilder = null;

    //从构造器传入houseBuilder
    public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder){
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    //通过setter方法传入houseBuilder
    public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    //如何处理建造房子的流程，交给这个指挥者
    public House constructHouse(){
        houseBuilder.buildBasic();
        houseBuilder.buildWalls();
        houseBuilder.roofed();
        return houseBuilder.buildHouse();
    }
}

//Test
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //普通房子，ConcreteBuilder
        CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
        //准备建房子的指挥者
        HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
        //完成盖房子，返回产品
        House house = houseDirector.constructHouse();

        houseDirector.setHouseBuilder(new HighBuilding());
        house = houseDirector.constructHouse();
    }
}

4. 建造者模式在JDK的应用和源码分析

1）java.lang.StringBuilder中的建造者模式

2）代码说明+Debug源码分析

3）源码中建造者模式角色分析

Appendable接口定义了多个append方法（抽象方法），即Appendable为抽象建造者，它定义了抽象方法。
AbstractStringBuild实现了Appendable借口方法，这里的AbstractStringBuild已经是建造者，只是不能实例化。
StringBuild既充当了指挥者角色，又充当了具体的建造者，建造方法的实现是由AbstractStringBuild完成，而StringBuild继承了AbstractStringBuild。

5. 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（OCP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（流程一样），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