設(shè)計(jì)模式系列 — 建造者模式

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前言

23種設(shè)計(jì)模式速記
單例（singleton）模式
工廠方法（factory method）模式
抽象工廠（abstract factory）模式

23種設(shè)計(jì)模式快速記憶的請看上面第一篇胆屿，本篇和大家一起來學(xué)習(xí)建造者模式相關(guān)內(nèi)容奥喻。

模式定義

將一個(gè)復(fù)雜對象的創(chuàng)建與他的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示非迹。

用戶只需要給出指定復(fù)雜對象的類型和內(nèi)容环鲤；

建造者模式負(fù)責(zé)按順序創(chuàng)建復(fù)雜對象（把內(nèi)部的建造過程和細(xì)節(jié)隱藏起來)

解決的問題

降低創(chuàng)建復(fù)雜對象的復(fù)雜度
隔離了創(chuàng)建對象的構(gòu)建過程 & 表示

從而：

方便用戶創(chuàng)建復(fù)雜的對象（不需要知道實(shí)現(xiàn)過程）
代碼復(fù)用性 & 封裝性（將對象構(gòu)建過程和細(xì)節(jié)進(jìn)行封裝 & 復(fù)用）

模式組成

指揮者（Director）直接和客戶（Client）進(jìn)行需求溝通；
溝通后指揮者將客戶創(chuàng)建產(chǎn)品的需求劃分為各個(gè)部件的建造請求（Builder）憎兽；
將各個(gè)部件的建造請求委派到具體的建造者（ConcreteBuilder）冷离；
各個(gè)具體建造者負(fù)責(zé)進(jìn)行產(chǎn)品部件的構(gòu)建；
最終構(gòu)建成具體產(chǎn)品（Product）唇兑。

實(shí)例說明

實(shí)例概況

背景
小張希望去中關(guān)村買一臺(tái)組裝的臺(tái)式主機(jī)
過程

中關(guān)村老板（Diretor）和小張（Client）進(jìn)行需求溝通（買來打游戲酒朵？學(xué)習(xí)？看片扎附？）
了解需求后蔫耽，電腦城老板將小張需要的主機(jī)劃分為各個(gè)部件（Builder）的建造請求（CPU、主板......）
指揮裝機(jī)人員（ConcreteBuilder）去構(gòu)建組件留夜；
將組件組裝起來成小張需要的電腦（Product）

使用步驟

步驟1：定義具體產(chǎn)品類（Product）：電腦

class Computer{

    //電腦組件的集合
    private List<String> parts = new ArrayList<String>();

    //用于將組件組裝到電腦里
    public void Add(String part){
        parts.add(part);
    }

    public void Show(){
        for (int i = 0;i<parts.size();i++){
            System.out.println("組件" + parts.get(i) + "裝好了");
        }
        System.out.println("電腦組裝完成匙铡，請驗(yàn)收");
    }
}

步驟2：定義組裝的過程（Builder）：組裝電腦的過程

abstract class Builder {

    //第一步：裝CPU
    //聲明為抽象方法，具體由子類實(shí)現(xiàn)
    public abstract void  BuildCPU();

    //第二步：裝主板
    //聲明為抽象方法碍粥，具體由子類實(shí)現(xiàn)
    public abstract void BuildMainboard();

    //第三步：裝硬盤
    //聲明為抽象方法鳖眼，具體由子類實(shí)現(xiàn)
    public abstract void BuildHD();

    //返回產(chǎn)品的方法：獲得組裝好的電腦
    public abstract Computer GetComputer();
}

步驟3：中關(guān)村老板委派任務(wù)給裝機(jī)人員（Director）

class Director{
    //指揮裝機(jī)人員組裝電腦
    public void Construct(Builder builder){
        builder. BuildCPU();
        builder.BuildMainboard();
        builder.BuildHD();
    }
}

步驟4：創(chuàng)建具體的建造者（ConcreteBuilder）:裝機(jī)人員

class ConcreteBuilder extends Builder{
    //創(chuàng)建產(chǎn)品實(shí)例
    Computer computer = new Computer();

    //組裝產(chǎn)品
    @Override
    public void  BuildCPU(){
        computer.Add("組裝CPU");
    }

    @Override
    public void  BuildMainboard() {
        computer.Add("組裝主板");
    }

    @Override
    public void  BuildHD() {
        computer.Add("組裝主板");
    }

    //返回組裝成功的電腦
    @Override
    public  Computer GetComputer(){
        return computer;
    }
}

步驟5：客戶端調(diào)用-小張到電腦城找老板買電腦

public class BuilderPattern<builder> {

    public static void main(String[] args) {
        // 步驟5：客戶端調(diào)用-小張到電腦城找老板買電腦

        //逛了很久終于發(fā)現(xiàn)一家合適的電腦店
        //找到該店的老板和裝機(jī)人員
        Director director = new Director();

        Builder builder = new ConcreteBuilder();

        //溝通需求后，老板叫裝機(jī)人員去裝電腦
        director.Construct(builder);

        //裝完后嚼摩，組裝人員搬來組裝好的電腦
        Computer computer = builder.GetComputer();
        //組裝人員展示電腦給小張看
        computer.Show();
    }
}

輸出結(jié)果

組件CPU裝好了
組件主板裝好了
組件硬盤裝好了
電腦組裝完成钦讳，請驗(yàn)收

優(yōu)點(diǎn)

良好的封裝性：建造者對客戶端屏蔽了產(chǎn)品內(nèi)部組成的細(xì)節(jié)，客戶端不用關(guān)心每一個(gè)具體的產(chǎn)品內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的枕面。
符合開閉原則
便于控制細(xì)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)：由于建造者是相互獨(dú)立的愿卒，因此可以對建造過程逐步細(xì)化，而不對其他的模塊產(chǎn)生任何影響潮秘。

每一個(gè)具體建造者都相對獨(dú)立琼开，而與其他的具體建造者無關(guān)，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者枕荞，用戶使用不同的具體建造者即可得到不同的產(chǎn)品對象柜候。

缺點(diǎn)

建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點(diǎn)搞动，其組成部分相似；如果產(chǎn)品之間的差異性很大渣刷，則不適合使用建造者模式鹦肿，因此其使用范圍受到一定的限制。
如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復(fù)雜辅柴，可能會(huì)導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類來實(shí)現(xiàn)這種變化狮惜，導(dǎo)致系統(tǒng)變得很龐大。

應(yīng)用場景

需要生成的對象具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
需要生成的對象內(nèi)部屬性本身相互依賴
與不可變對象配合使用

與工廠方法模式的區(qū)別

建造者模式最主要的功能是基本方法的調(diào)用順序安排碌识，基本方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，我們可以理解為零件的裝配虱而，順序不同產(chǎn)生的對象也不同筏餐；而工廠方法的注重點(diǎn)是創(chuàng)建，創(chuàng)建零件是其主要職責(zé)牡拇，不關(guān)心組裝順序魁瞪。

源碼中的應(yīng)用

# jdk
java.lang.StringBuilder
# Spring源碼
org.springframework.web.servlet.mvc.method.RequestMappingInfo
org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionBuilder
......

StringBuilder源碼分析

在jdk中StringBuilder類的實(shí)現(xiàn)中，采用建造者模式的思想惠呼。具體分析如下：

StringBuilder類繼承自AbstractStringBuilder葛菇，而AbstractStringBuilder實(shí)現(xiàn)了Appendable接口周循。AbstractStringBuilder雖然是一個(gè)抽象類，但是它實(shí)現(xiàn)了Appendable接口中的各個(gè)append()方法，因此在這里Appendable接口是一個(gè)抽象建造者椎侠，而AbstractStringBuilder是建造者，只是不能實(shí)例化昔头。對于StringBuilder類等孵，它既充當(dāng)了指揮者角色，同時(shí)充當(dāng)了具體的建造者矫付，建造方法的具體實(shí)現(xiàn)是由AbstractStringBuilder完成凯沪，StringBuilder繼承了AbstractStringBuilder。

Appendable接口

public interface Appendable {
    Appendable append(CharSequence csq) throws IOException;
    Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException;
    Appendable append(char c) throws IOException;
}

AbstractStringBuilder類

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
 
    char[] value;//The value is used for character storage.
    int count;//The count is the number of characters used.

    AbstractStringBuilder() { }

    AbstractStringBuilder(int capacity) {
        value = new char[capacity];
    }

    public AbstractStringBuilder append(String str) {
        if (str == null)
            return appendNull();
        int len = str.length();
        ensureCapacityInternal(count + len);
        str.getChars(0, len, value, count);
        count += len;
        return this;
    }

    private AbstractStringBuilder appendNull() {
        int c = count;
        ensureCapacityInternal(c + 4);
        final char[] value = this.value;
        value[c++] = 'n';
        value[c++] = 'u';
        value[c++] = 'l';
        value[c++] = 'l';
        count = c;
        return this;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0) {
            value = Arrays.copyOf(value,
                    newCapacity(minimumCapacity));
        }
    }

    public void getChars(int srcBegin, int srcEnd, char dst[], int dstBegin) {
        if (srcBegin < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcBegin);
        }
        if (srcEnd > value.length) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd);
        }
        if (srcBegin > srcEnd) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(srcEnd - srcBegin);
        }
        System.arraycopy(value, srcBegin, dst, dstBegin, srcEnd - srcBegin);
    }
    // 此次省略......

}

StringBuilder類：

public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence {
    //雖說是重寫买优，但還是調(diào)用的AbstractStringBuilder方法
   @Override
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }
}

PS：以上代碼提交在 Github ：https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git

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