「聊设计模式」之建造者模式（Builder）

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前言

设计模式是众多优秀软件开发实践的总结和提炼，是软件工程中不可或缺的重要内容。其中建造者模式是一种非常常用的设计模式，本文将介绍建造者模式的概念、结构、应用场景、代码实现以及测试用例。

摘要

建造者模式是一种对象创建型设计模式。它将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以减少构建过程中的重复代码，提高代码的重用性和可维护性。

建造者模式

概念

建造者模式是一种对象创建型设计模式，它将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。该模式将构建对象的过程分为若干个部分，分别进行构建，最终通过一个指挥者将这些部分组装成一个完整的对象。该模式可以解决复杂对象的创建和表示问题，同时可以提高代码的重用性和可维护性。

结构

建造者模式包含如下几个角色：

• Product（产品）：表示要创建的复杂对象。
• Builder（抽象建造者）：定义创建产品各个部分的抽象接口。
• ConcreteBuilder（具体建造者）：实现抽象建造者接口，完成产品的各个部分的构建。
• Director（指挥者）：负责构建产品的对象，指挥具体建造者进行产品的构建。

如下是建造者模式的UML类图：

应用场景

建造者模式适用于以下场景：

• 创建对象的算法应该独立于组成部分以及它们的装配方式时。
• 同一个构建过程有不同的表示时。
• 需要创建一些复杂的对象，但是它们的部分构造过程必须有一定的顺序时。
• 需要在对象创建过程中进行更加精细的控制时。

建造者模式优缺点

优点

• 将对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示，增加了程序的灵活性；
• 将复杂对象的构造代码与表示代码分开，易于维护；
• 隐藏了对象构建的细节，使得构建代码与表示代码分离，提高了代码的可读性和可维护性；
• 可以对不同的具体建造者进行更换和扩展。

缺点

• 由于需要定义抽象建造者和具体建造者类，因此建造者模式增加了系统的类的个数，导致系统更加庞大。

建造者模式的示例

以下是建造者模式的代码实现，以Java语言为例：

产品(Product)

package com.example.javaDesignPattern.builder;

/**
 * 产品
 *
 * @Author bug菌
 * @Date 2023-09-19 0:00
 */
public class Product {
    private String partA;
    private String partB;
    private String partC;

    public String getPartA() {
        return partA;
    }

    public void setPartA(String partA) {
        this.partA = partA;
    }

    public String getPartB() {
        return partB;
    }

    public void setPartB(String partB) {
        this.partB = partB;
    }

    public String getPartC() {
        return partC;
    }

    public void setPartC(String partC) {
        this.partC = partC;
    }

    public String toString() {
        return "PartA: " + partA + ", PartB: " + partB + ", PartC: " + partC;
    }
}

抽象建造者(Builder)

package com.example.javaDesignPattern.builder;

/**
 * 抽象建造者(Builder)
 *
 * @Author bug菌
 * @Date 2023-09-19 0:03
 */
public interface Builder {
    void buildPartA();

    void buildPartB();

    void buildPartC();

    Product getResult();
}

具体建造者(ConcreteBuilder )

package com.example.javaDesignPattern.builder;

/**
 * 具体建造者(ConcreteBuilder )
 *
 * @Author bug菌
 * @Date 2023-09-19 0:03
 */
public class ConcreteBuilder implements Builder {
    private Product product = new Product();

    public void buildPartA() {
        product.setPartA("A");
    }

    public void buildPartB() {
        product.setPartB("B");
    }

    public void buildPartC() {
        product.setPartC("C");
    }

    public Product getResult() {
        return product;
    }
}

指挥者(Director)

package com.example.javaDesignPattern.builder;

/**
 * 指挥者(Director)
 *
 * @Author bug菌
 * @Date 2023-09-19 0:03
 */
public class Director {
    public void construct(Builder builder) {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
    }
}

代码方法介绍

• Product类：表示要创建的复杂对象。该类包含了对象的各个部分，并提供了设置和获取各个部分的方法。
• Builder接口：定义创建产品各个部分的抽象接口。包含了创建每个部分的抽象方法以及获取最终产品的方法。
• ConcreteBuilder类：实现Builder接口，完成产品的各个部分的构建。
• Director类：负责构建产品的对象，指挥具体建造者进行产品的构建。该类包含了构建产品的算法。

测试用例

以下是建造者模式的测试用例：

package com.example.javaDesignPattern.builder;

/**
 * @Author bug菌
 * @Date 2023-09-19 0:05
 */
public class BuilderPattern {

    public static void main(String[] args) {

        Director director = new Director();
        Builder builder = new ConcreteBuilder();
        director.construct(builder);
        Product product = builder.getResult();

        System.out.println(product.getPartA());
        System.out.println(product.getPartB());
        System.out.println(product.getPartC());

        System.out.println(product.toString());
    }
}

测试结果如下：

测试用例代码解读：

这是一个实现Builder设计模式的示例代码。Builder模式的目的是将对象的构建过程与表示分离，从而使同样的构建过程可以创建出不同的表示形式。下面是代码的解读：

1. 首先定义了一个 Builder 接口，ConcreteBuilder 类实现了 Builder 接口。
2. Product 类是最终要构建的对象。
3. Director 类是建造者模式中的指挥者，用于构造 Product 对象。
4. 在 main 方法中，先创建了一个 ConcreteBuilder 对象，在调用 Director 的 construct 方法时传入该 builder。Director 会调用 ConcreteBuilder 的具体方法来构造 Product。
5. 最后通过 getResult 方法获取 Product 对象，并输出其三个部分的值，以及使用 toString 方法输出 Product对象的所有属性。

这个建造者模式的示例比较简单，但是建造者模式常用于构建较为复杂的对象，例如生成 HTML 页面、构建复杂的数据库查询等。通过建造者模式可以降低对象构建的复杂度，使代码更易于维护。

小结

本文介绍了建造者模式的概念、结构、应用场景和代码实现。在建造者模式中，将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以减少构建过程中的重复代码，提高代码的重用性和可维护性。建造者模式适用于复杂对象的创建和表示问题，以及需要更加精细的控制的场景。在代码实现中，需要定义产品类、抽象建造者接口、具体建造者类和指挥者类，分别完成产品的各个部分的构建和产品的组装。最后，通过测试用例验证建造者模式的正确性。

附录源码

如上涉及代码均已上传同步在GitHub，提供给同学们参考性学习。

总结

建造者模式是一种非常常用的设计模式，它将复杂对象的构建过程分离出来，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。通过该模式，可以减少构建过程中的重复代码，提高代码的重用性和可维护性。该模式适用于复杂对象的创建和表示问题，以及需要更加精细的控制的场景。在实际开发中，建议合理运用建造者模式，提高代码的质量和可维护性。

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我是bug菌，CSDN | 掘金 | infoQ | 51CTO 等社区博客专家，历届博客之星Top30，掘金年度人气作者Top40，51CTO年度博主Top12，华为云 | 阿里云| 腾讯云等社区优质创作者，全网粉丝合计15w+ ；硬核微信公众号「猿圈奇妙屋」，欢迎你的加入！免费白嫖最新BAT互联网公司面试题、4000G pdf电子书籍、简历模板等海量资料。

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