常用设计模式4：建造者模式（Java）

建造者模式（Builder Pattern）

1. 简介

建造者模式是一种创建型设计模式，它允许分步骤创建复杂对象。允许使用相同的创建代码生成不同类型和形式的对象。

2. 为什么使用建造者模式？

• 分步创建：可以分步骤创建复杂对象，每个步骤都可以细化。
• 可复用：相同的构建过程可以创建不同的表示。
• 关注点分离：将复杂对象的创建过程与其表示分离。
• 更好的控制：对构造过程和结果有更精细的控制。

3. 建造者模式的结构

建造者模式主要包含以下几个角色：

1. Builder：抽象建造者，声明创建复杂对象的各个部件的方法。
2. ConcreteBuilder：具体建造者，实现抽象建造者的方法。
3. Director：指挥者，调用建造者的方法完成复杂对象的创建。
4. Product：产品，被构建的复杂对象。

4. Java 实现示例

下面通过一个简单的计算机构建的例子来说明建造者模式：

4.1 定义产品类

public class Computer {
    private String CPU;
    private String RAM;
    private String storage;
    private String GPU;

    // Getters and setters...

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "CPU='" + CPU + '\'' +
                ", RAM='" + RAM + '\'' +
                ", storage='" + storage + '\'' +
                ", GPU='" + GPU + '\'' +
                '}';
    }
}

4.2 定义抽象建造者

public interface ComputerBuilder {
    void buildCPU(String cpu);
    void buildRAM(String ram);
    void buildStorage(String storage);
    void buildGPU(String gpu);
    Computer getResult();
}

4.3 实现具体建造者

public class GamingComputerBuilder implements ComputerBuilder {
    private Computer computer;

    public GamingComputerBuilder() {
        this.computer = new Computer();
    }

    @Override
    public void buildCPU(String cpu) {
        computer.setCPU(cpu);
    }

    @Override
    public void buildRAM(String ram) {
        computer.setRAM(ram);
    }

    @Override
    public void buildStorage(String storage) {
        computer.setStorage(storage);
    }

    @Override
    public void buildGPU(String gpu) {
        computer.setGPU(gpu);
    }

    @Override
    public Computer getResult() {
        return computer;
    }
}

4.4 定义指挥者

public class ComputerDirector {
    private ComputerBuilder builder;

    public ComputerDirector(ComputerBuilder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public void constructComputer() {
        builder.buildCPU("Intel i9");
        builder.buildRAM("32GB");
        builder.buildStorage("1TB SSD");
        builder.buildGPU("NVIDIA RTX 3080");
    }

    public Computer getComputer() {
        return builder.getResult();
    }
}

4.5 客户端代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ComputerBuilder builder = new GamingComputerBuilder();
        ComputerDirector director = new ComputerDirector(builder);

        director.constructComputer();
        Computer computer = director.getComputer();

        System.out.println(computer);
    }
}

5. 建造者模式的优缺点

优点：

• 可以分步创建对象，并可以暂停或终止创建过程。
• 可以复用相同的创建代码来创建不同类型的对象。
• 符合单一职责原则，将复杂构造代码从产品的业务逻辑中分离出来。

缺点：

• 需要创建多个新的类，代码整体复杂度会有所增加。
• 与其他创建型模式相比，客户端代码需要了解更多细节。

6. 适用场景

• 需要创建的对象有复杂的内部结构。
• 需要创建的对象内部属性之间有一定的依赖关系。
• 对象的创建过程中需要增加一些灵活性，以适应不同的创建过程。
• 在创建一个对象的过程中，某些步骤需要延迟执行。

7. 总结

建造者模式提供了一种灵活的解决方案，特别适合那些需要创建复杂对象的场景。它将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式在处理复杂对象的创建，特别是当对象包含多个组成部分时，能够提供更好的灵活性和可读性。