【设计模式】建造者模式（Builder Pattern）详解

文章目录

• • [1. 引言：构造函数为什么会"失控"？](#1. 引言：构造函数为什么会“失控”？)
  • [2. 什么是建造者模式（亦称生成器模式）](#2. 什么是建造者模式（亦称生成器模式）)
  • • [GoF 定义](#GoF 定义)
  • [3. 建造者模式的核心思想](#3. 建造者模式的核心思想)
  • [4. 建造者模式的角色组成](#4. 建造者模式的角色组成)
  • [5. 示例场景：构建一个电脑对象](#5. 示例场景：构建一个电脑对象)
  • • [5.1 产品类](#5.1 产品类)
    • [5.2 客户端使用](#5.2 客户端使用)
  • [6. Director 的角色（可选）](#6. Director 的角色（可选）)
  • [7. 建造者模式的优点](#7. 建造者模式的优点)
  • [8. 建造者模式的缺点](#8. 建造者模式的缺点)
  • [9. 适用场景](#9. 适用场景)
  • • 适合使用：
    • 不适合使用：
  • [10. 建造者模式 vs 构造函数](#10. 建造者模式 vs 构造函数)
  • [11. JDK 中的建造者模式](#11. JDK 中的建造者模式)
  • • `StringBuilder`
    • [`StringBuilder` / `StringBuffer`](#StringBuilder / StringBuffer)
  • [12. 建造者模式的一个常见误区](#12. 建造者模式的一个常见误区)
  • 参考

1. 引言：构造函数为什么会"失控"？

在实际开发中，我们经常会遇到这样的类：

public class User {
    private String username;
    private String password;
    private int age;
    private String phone;
    private String address;
    private String email;

    public User(String username, String password, int age,
                String phone, String address, String email) {
        ...
    }
}

问题显而易见：

• 构造函数参数过多，可读性差
• 参数顺序容易写错
• 可选参数只能传 null
• 对象一旦创建，很难保证一致性和完整性

当对象的创建过程开始变得"复杂"时，建造者模式就该登场了。

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2. 什么是建造者模式（亦称生成器模式）

GoF 定义

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。

一句话理解：

把"怎么一步步组装对象"从对象本身中抽离出来。

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3. 建造者模式的核心思想

建造者模式主要解决三个问题：

1. 构造参数过多的问题
2. 对象创建过程复杂的问题
3. 创建不同"配置版本"的对象问题

其核心思想是：

分步骤构建 + 最终一次性生成对象。

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4. 建造者模式的角色组成

建造者模式通常包含四个角色：

1. 产品类（Product）

要创建的复杂对象。

2. 抽象建造者类（Builder）

这个接口规定要实现复杂对象的那些部分的创建，并不涉及具体的部件对象的创建。

3. 具体建造者类（ConcreteBuilder）

实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。在构造过程完成后，提供产品的实例。

4. 指挥者类（Director，可选）【监工】

调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建。

结构示意：

在实际 Java 项目中，Director 往往被省略。

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5. 示例场景：构建一个电脑对象

5.1 产品类

public class Computer {
    private final String cpu;
    private final String ram;
    private final String disk;
    private final String gpu;

    private Computer(Builder builder) {
        this.cpu = builder.cpu;
        this.ram = builder.ram;
        this.disk = builder.disk;
        this.gpu = builder.gpu;
    }

    public static class Builder {
        private String cpu;
        private String ram;
        private String disk;
        private String gpu;

        public Builder cpu(String cpu) {
            this.cpu = cpu;
            return this;
        }

        public Builder ram(String ram) {
            this.ram = ram;
            return this;
        }

        public Builder disk(String disk) {
            this.disk = disk;
            return this;
        }

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

        public Computer build() {
            return new Computer(this);
        }
    }
}

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5.2 客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer.Builder()
                .cpu("Intel i9")
                .ram("32GB")
                .disk("1TB SSD")
                .gpu("RTX 4090")
                .build();
    }
}

优点一目了然：

• 语义清晰
• 参数顺序不敏感
• 可选参数自由组合

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6. Director 的角色（可选）

public class ComputerDirector {
    public Computer buildGamingPC(Computer.Builder builder) {
        return builder
                .cpu("AMD Ryzen 9")
                .ram("64GB")
                .disk("2TB SSD")
                .gpu("RTX 4090")
                .build();
    }
}

Director 的作用：

• 固定构建流程
• 封装"套餐配置"

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7. 建造者模式的优点

1. 解决构造函数参数爆炸
2. 提升代码可读性
3. 支持不可变对象
4. 构建过程清晰、可控
5. 同一构建流程可生成不同对象

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8. 建造者模式的缺点

1. 类数量增多
2. 结构相对复杂
3. 不适合简单对象

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9. 适用场景

适合使用：

• 对象属性多、可选参数多
• 构建步骤固定但配置灵活
• 需要不可变对象
• API 设计（非常常见）

不适合使用：

• 对象非常简单
• 构建成本低
• 追求极简代码的场景

造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。

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10. 建造者模式 vs 构造函数

维度	构造函数	建造者模式
可读性	差	好
参数顺序	敏感	不敏感
可选参数	不友好	友好
不可变对象	难	易

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11. JDK 中的建造者模式

StringBuilder

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Hello")
  .append(" ")
  .append("World");

StringBuilder / StringBuffer

• 分步构建
• 最终生成字符串

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12. 建造者模式的一个常见误区

建造者模式 ≠ 为所有类都写 Builder。

只有当对象"复杂"到一定程度时，建造者模式才真正有价值。

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参考

建造者模式 | 菜鸟教程

建造者模式-百度百科

《图解设计模式》

生成器 - Java教程 - 廖雪峰的官方网站

建造者设计模式（生成器模式）