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【设计模式】【创建型模式】建造者模式（Builder）

news 2025/11/4 14:22:15

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文章目录

  • 一、入门
    • 什么是建造者模式？
    • 为什么要建造者模式？
    • 如何实现建造者模式？
      • 传统建造者
      • 链式建造者
  • 二、建造者模式在框架源码中的运用
    • Java中的StringBuilder和StringBuffer
    • Spring Framework中的BeanDefinitionBuilder
  • 三、总结
    • 建造者模式的优点
    • 建造者模式的缺点
    • 建造者模式的适用场景

一、入门

什么是建造者模式？

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，用于逐步构建复杂对象。
它通过将对象的构建过程与表示分离，使得相同的构建过程可以创建不同的表示。

为什么要建造者模式？

假设我们要组装电脑，需要cpu、内存、硬盘、gpu、电源…
没有使用建造者模式，我们会这样写:

public class Computer {
    private String cpu;
    private String memory;
    private String hardDisk;
    private String gpu;
    private String powerSupply;

    public Computer(String cpu, String memory, String hardDisk, String gpu, String powerSupply) {
        this.cpu = cpu;
        this.memory = memory;
        this.hardDisk = hardDisk;
        this.gpu = gpu;
        this.powerSupply = powerSupply;
    }
}

存在问题：

  1. 构造方法参数过多（Telescoping Constructor Problem）：调用这样的构造方法时，代码会变得非常冗长且难以理解：
Computer computer = new Computer("Intel i7", "16GB", "1TB SSD", "NVIDIA RTX 3080", "750W");
  1. 对象的不一致性：在某些情况下，对象可能需要在不同的步骤中逐步构建。如果没有建造者模式，对象可能会在未完全初始化的情况下被使用，导致不一致的状态。
  2. 代码的可读性可维护性变差：当对象的构建过程复杂时，直接在客户端代码中编写构建逻辑会导致代码重复和难以维护。
Computer computer = new Computer();
computer.setCpu("Intel i7");
computer.setMemory("16GB");
computer.setHardDisk("1TB SSD");
computer.setGpu("NVIDIA RTX 3080");
computer.setPowerSupply("750W");
  1. 缺乏灵活性：如果对象的构建过程需要支持多种不同的配置或表示形式，直接在客户端代码中编写构建逻辑会导致代码的灵活性降低。例如，如果需要构建不同类型的计算机（如游戏计算机、办公计算机等），每种类型的构建逻辑可能会有所不同，导致代码重复和难以扩展。

如何实现建造者模式？

传统建造者

主要角色

  1. Product（产品类）：最终要构建的复杂对象。
  2. Builder（抽象建造者）：定义构建步骤的接口。
  3. ConcreteBuilder（具体建造者）：实现Builder接口，提供具体的构建步骤。
  4. Director（指挥者）：负责调用Builder的步骤，控制构建过程。

【案例】组装电脑 - 改
在这里插入图片描述
Product（产品类）：Computer类，最终要构建的复杂对象。

class Computer {
    private String cpu;
    private String memory;
    private String hardDisk;

    public void setCpu(String cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public void setMemory(String memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public void setHardDisk(String hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer [cpu=" + cpu + ", memory=" + memory + ", hardDisk=" + hardDisk + "]";
    }
}

Builder（抽象建造者）：ComputerBuilder接口，定义构建步骤的接口。

interface ComputerBuilder {
    void buildCpu();
    void buildMemory();
    void buildHardDisk();
    Computer getComputer();
}

ConcreteBuilder（具体建造者）：GamingComputerBuilder类，实现Builder接口，提供具体的构建步骤。

class GamingComputerBuilder implements ComputerBuilder {
    private Computer computer;

    public GamingComputerBuilder() {
        this.computer = new Computer();
    }

    @Override
    public void buildCpu() {
        computer.setCpu("Intel i7");
    }

    @Override
    public void buildMemory() {
        computer.setMemory("16GB");
    }

    @Override
    public void buildHardDisk() {
        computer.setHardDisk("1TB SSD");
    }

    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

Director（指挥者）：ComputerDirector类，负责调用Builder的步骤，控制构建过程。

class ComputerDirector {
    private ComputerBuilder computerBuilder;

    public ComputerDirector(ComputerBuilder computerBuilder) {
        this.computerBuilder = computerBuilder;
    }

    public void constructComputer() {
        computerBuilder.buildCpu();
        computerBuilder.buildMemory();
        computerBuilder.buildHardDisk();
    }

    public Computer getComputer() {
        return computerBuilder.getComputer();
    }
}

客户端代码

public class BuilderPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ComputerBuilder builder = new GamingComputerBuilder();
        ComputerDirector director = new ComputerDirector(builder);
        director.constructComputer();
        Computer computer = director.getComputer();
        System.out.println(computer);
    }
}

链式建造者

流式接口（Fluent Interface）或链式建造者模式。这种方式通过返回this来实现链式调用，代码更加简洁和直观。
下面是一个使用链式调用的建造者模式示例：

产品类（Computer）

class Computer {
    private String cpu;
    private String memory;
    private String hardDisk;
    private String gpu;

    public void setCpu(String cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public void setMemory(String memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public void setHardDisk(String hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public void setGpu(String gpu) {
        this.gpu = gpu;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer [cpu=" + cpu + ", memory=" + memory + ", hardDisk=" + hardDisk + ", gpu=" + gpu + "]";
    }
}

建造者类（ComputerBuilder）

class ComputerBuilder {
    private Computer computer;

    public ComputerBuilder() {
        this.computer = new Computer();
    }

    public ComputerBuilder buildCpu(String cpu) {
        computer.setCpu(cpu);
        return this; // 返回this，支持链式调用
    }

    public ComputerBuilder buildMemory(String memory) {
        computer.setMemory(memory);
        return this; // 返回this，支持链式调用
    }

    public ComputerBuilder buildHardDisk(String hardDisk) {
        computer.setHardDisk(hardDisk);
        return this; // 返回this，支持链式调用
    }

    public ComputerBuilder buildGpu(String gpu) {
        computer.setGpu(gpu);
        return this; // 返回this，支持链式调用
    }

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

客户端代码

public class BuilderPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用链式调用构建对象
        Computer computer = new ComputerBuilder()
                .buildCpu("Intel i7")
                .buildMemory("16GB")
                .buildHardDisk("1TB SSD")
                .buildGpu("NVIDIA RTX 3080")
                .build();

        System.out.println(computer);
    }
}

对比传统建造者模式

  • 传统建造者模式：通过Director类控制构建过程，适合构建过程固定的场景。
  • 链式建造者模式：通过返回this实现链式调用，适合构建过程灵活、需要动态配置的场景。

二、建造者模式在框架源码中的运用

Java中的StringBuilder和StringBuffer

StringBuilder和StringBuffer是Java中用于构建字符串的类，它们使用了类似建造者模式的思想，通过链式调用来逐步构建字符串。
示例

StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append("Hello")
       .append(" ")
       .append("World");
String result = builder.toString();
System.out.println(result); // 输出: Hello World
  • 分析：
    • append方法返回this，支持链式调用。
    • 通过逐步构建字符串，最终调用toString方法生成结果。

Spring Framework中的BeanDefinitionBuilder

在Spring框架中，BeanDefinitionBuilder用于构建BeanDefinition对象，它是Spring IoC容器中定义Bean的核心类。
示例

BeanDefinitionBuilder builder = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(MyBean.class);
builder.addPropertyValue("name", "MyBeanName")
       .addPropertyValue("age", 30)
       .setScope(BeanDefinition.SCOPE_SINGLETON);

BeanDefinition beanDefinition = builder.getBeanDefinition();
  • 分析：
    • BeanDefinitionBuilder通过链式调用逐步配置Bean的属性。
    • 最终通过getBeanDefinition方法生成BeanDefinition对象。

三、总结

建造者模式的优点

  1. 分离构建与表示：
    • 将对象的构建过程与表示分离，使得相同的构建过程可以创建不同的表示。
    • 客户端不需要知道对象的具体构建细节。
  2. 灵活性和可扩展性：
    • 可以逐步构建对象，支持动态配置。
    • 新增构建步骤或修改构建顺序非常方便。
  3. 代码可读性和可维护性：
    • 链式调用（Fluent Interface）使代码更加简洁和直观。
    • 将复杂的构建逻辑封装在建造者类中，客户端代码更清晰。
  4. 避免构造方法参数过多：
    • 通过逐步设置属性，避免了构造方法参数过长的问题（Telescoping Constructor Problem）。
  5. 保证对象的一致性：
    • 对象在完全构建之前不会被使用，确保对象的一致性和完整性。

建造者模式的缺点

  1. 增加代码复杂性：
    • 需要额外定义建造者类，增加了类的数量。
    • 对于简单对象，使用建造者模式可能会显得冗余。
  2. 适用范围有限：
    • 适用于构建复杂对象，如果对象属性较少或构建过程简单，使用建造者模式可能会过度设计。
  3. 性能开销：
    • 由于需要创建建造者对象，可能会引入额外的性能开销（通常可以忽略不计）。

建造者模式的适用场景

  1. 构建复杂对象：
    • 当对象有很多属性，且构建过程复杂时，适合使用建造者模式。
    • 例如，构建一个包含多个配置项的计算机对象。
  2. 需要多种表示形式：
    • 当同一个构建过程需要生成不同的对象表示时，适合使用建造者模式。
    • 例如，构建不同类型的计算机（游戏计算机、办公计算机等）。
  3. 避免构造方法参数过多：
    • 当构造方法参数过多，导致代码难以阅读和维护时，适合使用建造者模式。
  4. 需要逐步构建对象：
    • 当对象的构建过程需要分步骤完成时，适合使用建造者模式。
    • 例如，构建一个HTTP请求配置对象。
  5. 框架或工具类中的配置对象：
    • 在框架或工具类中，经常需要构建复杂的配置对象，建造者模式非常适合这种场景。
    • 例如，Spring中的BeanDefinitionBuilder、Apache HttpClient中的RequestConfig.Builder等。
http://www.dtcms.com/a/26351.html

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