9.建造者模式

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一、介绍

建造者模式旨在将一个复杂对象的构建过程和其表示分离，以便同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式适用于构建对象的算法（构建过程）应该独立于对象的组成部分以及它们的装配方式的情景。

建造者模式通常包含以下角色：

1. 产品（Product）： 表示被构建的复杂对象。在建造者模式中，产品是由多个部件组成的。

2. 抽象建造者（Builder）： 声明了创建产品各个部件的抽象接口。通常包括创建和装配部件的方法。

3. 具体建造者（Concrete Builder）： 实现抽象建造者接口，负责具体部件的创建和装配。每个具体建造者都定义了自己的方式来构建产品。

4. 指导者（Director）： 负责使用建造者接口来构建产品对象。通常包含一个构建方法，该方法定义了构建产品的顺序。

二、代码

结构图

代码

/**
 * 产品类，由多个部件构成
 */
public class Product {

    private List<String> parts = new ArrayList<>();

    public void add(String part) {
        parts.add(part);
    }

    public void show(){
        System.out.println("产品部件 --->");
        for (String part : parts) {
            System.out.print(part+" ");
        }
    }
}

/**
 * 抽象建造者类，确定产品由两个部件构成，并声明一个得到产品的方法
 */
abstract class Builder{
    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract Product getResult();
}

class Builder1 extends Builder {

    private Product product = new Product();

    @Override
    public void buildPartA() {
        product.add("部件a");
    }

    @Override
    public void buildPartB() {
        product.add("部件b");
    }

    @Override
    public Product getResult() {
        return product;
    }
}

class Builder2 extends Builder {

    private Product product = new Product();

    @Override
    public void buildPartA() {
        product.add("部件x");
    }

    @Override
    public void buildPartB() {
        product.add("部件y");
    }

    @Override
    public Product getResult() {
        return product;
    }
}

/**
 * 指挥者类，用来指挥构建过程
 */
class Director {
    public Product Construct(Builder builder) {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        return builder.getResult();
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Director director = new Director();
    Builder1 builder1 = new Builder1();
    Builder2 builder2 = new Builder2();
    
    Product result1 = director.Construct(builder1);
    result1.show();

    Product result2 = director.Construct(builder2);
    result2.show();
}

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三、实际使用

场景

假设我们要创建一个汽车对象，汽车有多个可选的配置，包括引擎类型、车身颜色、轮胎类型等。我们将使用建造者模式来实现汽车对象的配置灵活性。

代码

// 产品类：汽车
class Car {
    private String engineType;
    private String bodyColor;
    private String tireType;

    // 构造方法私有化，只能通过建造者来构建对象
    private Car() {
    }

    public String getEngineType() {
        return engineType;
    }

    public String getBodyColor() {
        return bodyColor;
    }

    public String getTireType() {
        return tireType;
    }

    // 静态内部类作为具体建造者
    public static class Builder {
        private Car car;

        public Builder() {
            this.car = new Car();
        }

        public Builder setEngineType(String engineType) {
            car.engineType = engineType;
            return this;
        }

        public Builder setBodyColor(String bodyColor) {
            car.bodyColor = bodyColor;
            return this;
        }

        public Builder setTireType(String tireType) {
            car.tireType = tireType;
            return this;
        }

        // 构建汽车对象
        public Car build() {
            return car;
        }
    }
}

// 客户端
public class BuilderPatternFlexibilityExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用建造者模式构建汽车对象，并灵活配置
        Car car1 = new Car.Builder()
                .setEngineType("V8")
                .setBodyColor("Red")
                .setTireType("Summer")
                .build();

        Car car2 = new Car.Builder()
                .setEngineType("Hybrid")
                .setBodyColor("Blue")
                .build();

        // 输出构建好的汽车对象
        System.out.println("Car 1 - Engine Type: " + car1.getEngineType() +
                ", Body Color: " + car1.getBodyColor() +
                ", Tire Type: " + car1.getTireType());

        System.out.println("Car 2 - Engine Type: " + car2.getEngineType() +
                ", Body Color: " + car2.getBodyColor() +
                ", Tire Type: " + car2.getTireType());
    }
}

上面的例子中，Car 是产品类，Car.Builder 是具体建造者。通过具体建造者，我们可以设置汽车的各个可选配置，最后通过 build 方法得到一个完整的汽车对象。客户端可以根据实际需求来选择设置不同的配置，实现了对象配置的灵活性。这种方式可以避免创建多个构造函数以应对各种配置组合的情况，使得代码更加简洁和可维护。

总结

上面的代码中，我们通过不同的具体建造者，同一个指挥者，获得了不一样的产品。在我们平时的情况中，以下的场景可以用到建造者模式

1. 创建复杂对象： 当一个对象的构建过程比较复杂，涉及多个步骤、部件组合或配置选项时，建造者模式可以将构建过程与最终表示分离，使得代码更清晰、可维护。

2. 对象的配置灵活性： 当需要创建的对象具有多个配置选项，而客户端希望能够以不同的方式组装对象时，建造者模式可以提供更灵活的配置选择，而无需创建大量的构造函数。

3. 避免构造器参数过多： 当一个对象的构造函数参数过多，而且可能存在多个可选参数时，使用建造者模式可以避免创建过多的构造函数，使得代码更加清晰。