引言
在软件开发中，我们常常遇到需要创建复杂对象的场景。当一个对象有多个属性，且这些属性的组合可能非常多样时，传统的构造函数或工厂模式可能会显得笨拙。这就是建造者模式（Builder Pattern）发挥作用的地方。
建造者模式的核心概念
建造者模式是一种创建型设计模式，它能够将一个复杂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。
模式角色解析
建造者模式通常包含以下关键角色：
- 产品类（Product）：最终要创建的复杂对象
- 抽象建造者（Builder）：定义创建产品各个部件的抽象接口
- 具体建造者（ConcreteBuilder）：实现抽象建造者，负责具体的构建过程
- 指挥者（Director）：控制构建过程，但不直接涉及产品的细节
代码示例：以计算机配置为例
建造者模式计算机配置示例
java
// 产品角色(Product)：计算机类
public class Computer {
// 产品的复杂属性
private String cpu; // CPU
private String memory; // 内存
private String mainBoard; // 主板
private String hardDisk; // 硬盘
private String displayCard; // 显卡
// 私有构造方法，只能通过建造者创建
private Computer(ComputerBuilder builder) {
this.cpu = builder.cpu;
this.memory = builder.memory;
this.mainBoard = builder.mainBoard;
this.hardDisk = builder.hardDisk;
this.displayCard = builder.displayCard;
}
@Override
public String toString() {
return "Computer{" +
"CPU='" + cpu + '\'' +
", 内存='" + memory + '\'' +
", 主板='" + mainBoard + '\'' +
", 硬盘='" + hardDisk + '\'' +
", 显卡='" + displayCard + '\'' +
'}';
}
// 抽象建造者(Builder)接口：定义构建电脑各个部件的抽象接口
public interface ComputerBuilder {
// 定义构建各个部件的抽象方法
ComputerBuilder cpu(String cpu);
ComputerBuilder memory(String memory);
ComputerBuilder mainBoard(String mainBoard);
ComputerBuilder hardDisk(String hardDisk);
ComputerBuilder displayCard(String displayCard);
// 最终构建方法
Computer build();
}
// 具体建造者(ConcreteBuilder)：游戏电脑建造者
public static class GamingComputerBuilder implements ComputerBuilder {
// 具体建造者内部持有一个产品实例
private String cpu;
private String memory;
private String mainBoard;
private String hardDisk;
private String displayCard;
@Override
public GamingComputerBuilder cpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
return this;
}
@Override
public GamingComputerBuilder memory(String memory) {
this.memory = memory;
return this;
}
@Override
public GamingComputerBuilder mainBoard(String mainBoard) {
this.mainBoard = mainBoard;
return this;
}
@Override
public GamingComputerBuilder hardDisk(String hardDisk) {
this.hardDisk = hardDisk;
return this;
}
@Override
public GamingComputerBuilder displayCard(String displayCard) {
this.displayCard = displayCard;
return this;
}
@Override
public Computer build() {
return new Computer(this);
}
}
// 指挥者(Director)：电脑配置指导类
public static class ComputerDirector {
// 指挥者使用建造者构建复杂对象
public static Computer createHighEndGamingComputer(ComputerBuilder builder) {
return builder
.cpu("Intel i9-13900K")
.memory("64GB DDR5")
.mainBoard("ASUS ROG Maximus")
.hardDisk("2TB PCIe 4.0 SSD")
.displayCard("NVIDIA RTX 4090")
.build();
}
public static Computer createOfficeComputer(ComputerBuilder builder) {
return builder
.cpu("Intel i5-13600K")
.memory("16GB DDR4")
.mainBoard("ASUS Pro WS")
.hardDisk("1TB SSD")
.displayCard("Integrated Graphics")
.build();
}
}
// 客户端使用示例
public static void main(String[] args) {
// 使用具体建造者创建游戏电脑
Computer gamingPC = new Computer.ComputerDirector()
.createHighEndGamingComputer(new GamingComputerBuilder());
// 使用具体建造者创建办公电脑
Computer officePC = new Computer.ComputerDirector()
.createOfficeComputer(new GamingComputerBuilder());
System.out.println("游戏电脑配置：" + gamingPC);
System.out.println("办公电脑配置：" + officePC);
}
}可以使用内部类的方式：
java
// 产品类：计算机
class Computer {
private String cpu;
private String memory;
private String hardDisk;
private String displayCard;
public Computer(ComputerBuilder builder) {
this.cpu = builder.cpu;
this.memory = builder.memory;
this.hardDisk = builder.hardDisk;
this.displayCard = builder.displayCard;
}
@Override
public String toString() {
return "Computer{" +
"CPU='" + cpu + '\'' +
", 内存='" + memory + '\'' +
", 硬盘='" + hardDisk + '\'' +
", 显卡='" + displayCard + '\'' +
'}';
}
// 建造者内部类
public static class ComputerBuilder {
private String cpu;
private String memory;
private String hardDisk;
private String displayCard;
public ComputerBuilder cpu(String cpu) {
this.cpu = cpu;
return this;
}
public ComputerBuilder memory(String memory) {
this.memory = memory;
return this;
}
public ComputerBuilder hardDisk(String hardDisk) {
this.hardDisk = hardDisk;
return this;
}
public ComputerBuilder displayCard(String displayCard) {
this.displayCard = displayCard;
return this;
}
public Computer build() {
return new Computer(this);
}
}
}
// 使用示例
public class BuilderDemo {
public static void main(String[] args) {
Computer gamingComputer = new Computer.ComputerBuilder()
.cpu("Intel i9")
.memory("32GB")
.hardDisk("1TB SSD")
.displayCard("NVIDIA RTX 3080")
.build();
System.out.println(gamingComputer);
}
}建造者模式 vs 工厂模式
主要区别
- 目的不同 ：
- 工厂模式主要关注对象的创建
- 建造者模式关注复杂对象的分步骤构建
- 构建灵活性 ：
- 工厂模式通常一次性创建完整对象
- 建造者模式允许逐步配置对象，更加灵活
- 使用场景 ：
- 工厂模式适合创建简单对象
- 建造者模式适合创建有多个部件，且配置复杂的对象
典型应用场景
- 构建复杂的配置对象
- 需要创建不可变对象
- 对象有大量可选参数
- 构建过程相对固定，但细节可变
优缺点分析
优点
- 将复杂对象的构建和表示解耦
- 提供更精细的控制构建过程
- 链式调用使代码更加清晰
缺点
- 会增加代码的复杂度
- 对于简单对象可能会显得过度设计
结语
建造者模式是构建复杂对象的利器，它通过将对象构建的复杂逻辑封装起来，提供了一种优雅且灵活的对象创建方式。