Java设计模式精讲---03建造者模式

乐悠小码2025-11-07 21:37

在软件开发中，我们经常需要创建一些包含多个组成部分的复杂对象。比如一台电脑由 CPU、内存、硬盘、显卡等部件组成；一份简历包含基本信息、教育经历、工作经历、项目经验等模块。如果直接通过构造函数或 setter 方法来组装这些对象，不仅会导致代码臃肿、参数混乱，还难以灵活应对不同组合的需求。

今天我们来聊聊一种专门解决这类问题的设计模式 ------建造者模式，看看它如何像 "搭积木" 一样优雅地构建复杂对象。

一、什么是建造者模式

建造者模式的核心思想是：将一个复杂对象的构建过程与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建出不同的表示。

简单来说，就是把 "怎么组装零件" 和 "最终组装出什么产品" 分开。比如同样是组装电脑，"先装 CPU 再装内存最后装硬盘" 这个流程可以不变，但可以根据需求组装出 "游戏本"或 "办公本"。

二、建造者模式解决什么问题

假设我们要创建一个Computer类，如果用传统方式创建，可能会写出这样的代码：

java 复制代码 
​
// 传统方式：构造函数参数爆炸
public class Computer {
    public Computer(String cpu, String memory, String hardDisk, String gpu, String os) {
        // 初始化逻辑
    }
}

// 使用时需要记住参数顺序，新增参数还要改构造函数
Computer gamePC = new Computer("i9-13900K", "32GB", "1TB SSD", "RTX 4090", "Windows 11");

​

这种方式的问题很明显：

  1. 参数过多，容易传错顺序；
  2. 如果需要创建不同配置（比如办公本不需要独立显卡），得重载多个构造函数，代码冗余；
  3. 构建过程（比如 "必须先装 CPU 才能装内存"）无法控制，容易出现无效对象。

而建造者模式就能完美解决这些问题：它将构建步骤拆分，通过 "一步步设置" 的方式组装对象，同时隐藏复杂的构建逻辑。

三、建造者模式的核心角色

建造者模式包含 4 个核心角色，我们用 "组装电脑" 的例子来理解：

  1. 产品 ：被构建的复杂对象（比如Computer），包含多个组成部分。

  2. 抽象建造者：定义构建产品的抽象步骤（比如 "装 CPU""装内存"），以及返回最终产品的方法。它不关心具体怎么实现，只规定 "要做哪些事"。

  3. 具体建造者 ：实现抽象建造者的步骤，负责具体的零件组装（比如GameComputerBuilder实现 "装高性能 CPU""装独立显卡"）。

  4. 指挥者：负责控制构建流程（比如 "先装 CPU→再装内存→最后装系统"），它调用具体建造者的方法，按照固定流程组装产品，用户不需要关心步骤细节。

四、代码实现：用建造者模式组装电脑

我们通过代码来实现 "组装电脑" 的例子，看看建造者模式如何落地。

1. 定义产品

首先是被构建的对象Computer，它包含多个部件：

java 复制代码 
// 产品：电脑
public class Computer {
    private String cpu;      // CPU
    private String memory;   // 内存
    private String hardDisk; // 硬盘
    private String gpu;      // 显卡
    private String os;       // 操作系统

    // 私有构造函数，避免外部直接创建
    private Computer() {}

    // getter方法（便于查看结果）
    public String getCpu() { return cpu; }
    public String getMemory() { return memory; }
    public String getHardDisk() { return hardDisk; }
    public String getGpu() { return gpu; }
    public String getOs() { return os; }

    // 内部静态类：用于修改私有属性（建造者需要访问）
    public static class Builder {
        private Computer computer;

        public Builder() {
            computer = new Computer();
        }

        // 逐步设置属性的方法（返回Builder本身，支持链式调用）
        public Builder setCpu(String cpu) {
            computer.cpu = cpu;
            return this;
        }

        public Builder setMemory(String memory) {
            computer.memory = memory;
            return this;
        }

        public Builder setHardDisk(String hardDisk) {
            computer.hardDisk = hardDisk;
            return this;
        }

        public Builder setGpu(String gpu) {
            computer.gpu = gpu;
            return this;
        }

        public Builder setOs(String os) {
            computer.os = os;
            return this;
        }

        // 返回最终构建的产品
        public Computer build() {
            return computer;
        }
    }
}

​

这里用了一个内部静态 Builder 类 （简化版建造者），它可以直接访问Computer的私有属性，同时支持链式调用（每个 set 方法返回Builder本身）。

2. 定义具体建造者

根据需求，我们创建两种具体建造者：游戏本建造者和办公本建造者：

java 复制代码 
​
// 具体建造者1：游戏本建造者
public class GameComputerBuilder {
    private Computer.Builder builder;

    public GameComputerBuilder() {
        builder = new Computer.Builder();
    }

    // 构建游戏本的方法（预设高性能配件）
    public void buildGameComputer() {
        builder.setCpu("i9-13900K")
               .setMemory("32GB DDR5")
               .setHardDisk("1TB SSD")
               .setGpu("RTX 4090")
               .setOs("Windows 11");
    }

    // 返回构建好的电脑
    public Computer getResult() {
        return builder.build();
    }
}

// 具体建造者2：办公本建造者
public class OfficeComputerBuilder {
    private Computer.Builder builder;

    public OfficeComputerBuilder() {
        builder = new Computer.Builder();
    }

    // 构建办公本的方法（预设稳定低耗配件）
    public void buildOfficeComputer() {
        builder.setCpu("i5-13400")
               .setMemory("16GB DDR4")
               .setHardDisk("512GB SSD")
               .setGpu("集成显卡")  // 办公本无需独立显卡
               .setOs("Windows 10");
    }

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

​

3. 定义指挥者

指挥者负责控制构建流程，确保步骤正确：

java 复制代码 
​// 指挥者：负责控制电脑组装流程
public class ComputerDirector {
    // 指挥建造者按照流程构建产品
    public Computer construct(GameComputerBuilder builder) {
        builder.buildGameComputer(); // 调用游戏本的构建方法
        return builder.getResult();
    }

    public Computer construct(OfficeComputerBuilder builder) {
        builder.buildOfficeComputer(); // 调用办公本的构建方法
        return builder.getResult();
    }
}

4. 测试代码

最后我们用客户端代码测试一下：

java 复制代码 
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建指挥者
        ComputerDirector director = new ComputerDirector();

        // 构建游戏本
        GameComputerBuilder gameBuilder = new GameComputerBuilder();
        Computer gamePC = director.construct(gameBuilder);
        System.out.println("游戏本配置：");
        System.out.println("CPU：" + gamePC.getCpu());
        System.out.println("显卡：" + gamePC.getGpu());

        // 构建办公本
        OfficeComputerBuilder officeBuilder = new OfficeComputerBuilder();
        Computer officePC = director.construct(officeBuilder);
        System.out.println("\n办公本配置：");
        System.out.println("CPU：" + officePC.getCpu());
        System.out.println("显卡：" + officePC.getGpu());
    }
}

​

输出结果：

复制代码 
游戏本配置：
CPU：i9-13900K
显卡：RTX 4090

办公本配置：
CPU：i5-13400
显卡：集成显卡

五、建造者模式的优缺点

优点：

  1. 解耦构建与表示：构建过程（步骤）和产品（结果）分离，同一过程可创建不同产品。
  2. 控制构建过程：指挥者可以严格控制构建步骤，避免无效对象（比如 "没装 CPU 就装内存"）。
  3. 灵活扩展：新增产品只需新增具体建造者，无需修改原有代码（符合开闭原则）。
  4. 代码清晰：通过链式调用或分步构建，避免了多参数构造函数的混乱。

缺点：

  1. 类数量增加：每个产品都需要对应具体建造者，若产品复杂且多样，会导致类数量增多。
  2. 适用场景有限：只适合构建 "组成部分相似" 的复杂对象，若产品差异过大（比如电脑和手机），不适合用建造者模式。

六、适用场景

建造者模式适合以下场景：

  • 构建包含多个组成部分的复杂对象（如电脑、简历、文档）。
  • 需要控制对象构建流程（如必须按顺序设置属性）。
  • 同一构建过程需要生成不同表示（如同一流程组装不同配置的产品）。

常见的实际应用：

  • Java 中的StringBuilder（通过append方法逐步构建字符串）。
  • 很多框架的配置类（如 Spring 的ResourceBuilder）。
  • 建造者模式的简化版（内部 Builder 类）广泛用于 POJO 对象的创建（避免多参数构造函数）。

七、建造者模式 vs 抽象工厂模式

昨天我们讲了抽象工厂模式，它和建造者模式都用于创建对象，但核心区别在于：

  • 抽象工厂模式：关注 "创建一系列相关产品"（如创建电脑的同时创建配套的键盘、鼠标），不关心产品的组装过程。
  • 建造者模式：关注 "一个复杂产品的逐步构建"，核心是控制组装步骤，最终产出一个完整对象。

简单说：抽象工厂是 "批量生产相关零件"，建造者是 "用零件一步步拼出一个成品"。

总结

建造者模式通过分离 "构建过程" 和 "产品表示"，让复杂对象的创建变得清晰、灵活。它特别适合需要精细控制组装步骤、或同一流程需生成不同产品的场景。

如果你的代码中出现了 "参数爆炸" 的构造函数，或需要频繁创建不同组合的复杂对象，不妨试试建造者模式 ------ 它会像一位耐心的工匠，帮你一步步搭建出完美的 "产品"。

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