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建造者模式：分步构建复杂对象的设计模式
一、模式核心：分离对象构建与表示，支持复杂对象分步创建
在软件开发中，当创建一个复杂对象（如配置对象、组合对象）需要多个步骤（如属性设置、子对象初始化）时，直接通过构造方法创建会导致参数列表冗长、代码可读性差。
建造者模式（Builder Pattern） 将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，允许使用相同的构建过程创建不同的表示。核心解决：
- 简化复杂对象创建：通过分步方法（如
setName()、setAge()）逐步构建对象，避免一次性传递所有参数。 - 支持链式调用：通过返回建造者自身实例，实现方法链式调用，提升代码流畅性。
- 解耦构建逻辑：将构建逻辑封装在建造者类中，便于扩展不同的构建策略（如普通用户与 VIP 用户的创建流程差异）。
核心思想与 UML 类图
建造者模式包含以下角色：
- 产品类（Product）：需要构建的复杂对象，包含多个属性。
- 抽象建造者（Builder）：定义构建产品各部分的接口，返回建造者实例（链式调用）。
- 具体建造者（Concrete Builder）：实现抽象建造者接口，完成具体属性的设置。
- 指挥者（Director）：控制构建流程，调用建造者的方法构建产品（可选角色）。
二、核心实现：用户对象的分步构建
1. 定义产品类（用户）
public class User { private String name; // 必选属性 private int age; // 可选属性 private String email; // 可选属性 private String address; // 可选属性 // 私有化构造方法，强制通过建造者创建 private User(Builder builder) { this.name = builder.name; this.age = builder.age; this.email = builder.email; this.address = builder.address; } // Getter 方法（省略 Setter，保证不可变性） public String getName() { return name; } public int getAge() { return age; } public String getEmail() { return email; } public String getAddress() { return address; } // 展示用户信息 public void show() { System.out.println("用户信息："); System.out.println("姓名：" + name); System.out.println("年龄：" + age); System.out.println("邮箱：" + email); System.out.println("地址：" + address); }
}
2. 定义抽象建造者（内部类实现）
public class UserBuilder { private final String name; // 必选属性（构造方法传入） private int age; // 可选属性（默认值） private String email; // 可选属性（默认值 null） private String address; // 可选属性（默认值 null） // 构造方法强制设置必选属性 public UserBuilder(String name) { this.name = name; } // 可选属性设置方法，返回建造者自身（链式调用） public UserBuilder setAge(int age) { this.age = age; return this; } public UserBuilder setEmail(String email) { this.email = email; return this; } public UserBuilder setAddress(String address) { this.address = address; return this; } // 构建产品实例 public User build() { return new User(this); // 将建造者传递给产品构造方法 }
}
3. 客户端使用建造者模式
public class ClientDemo { public static void main(String[] args) { // 构建普通用户（设置部分属性） User normalUser = new UserBuilder("Alice") .setAge(25) .build(); // 构建高级用户（设置全部属性） User advancedUser = new UserBuilder("Bob") .setAge(30) .setEmail("bob@example.com") .setAddress("123 Main St") .build(); normalUser.show(); System.out.println("\n------------------------\n"); advancedUser.show(); }
}
输出结果：
用户信息：
姓名：Alice
年龄：25
邮箱：null
地址：null ------------------------ 用户信息：
姓名：Bob
年龄：30
邮箱：bob@example.com
地址：123 Main St
三、进阶：使用指挥者控制构建流程
当构建流程固定时，可以通过指挥者类封装构建步骤，客户端无需关心具体细节。
1. 定义指挥者类
public class UserDirector { private final UserBuilder builder; public UserDirector(UserBuilder builder) { this.builder = builder; } // 定义默认构建流程（如创建必填属性+年龄的用户） public User constructBasicUser() { return builder .setAge(18) // 默认年龄 18 岁 .build(); } // 定义高级构建流程（设置全部属性） public User constructFullUser(String email, String address) { return builder .setAge(18) .setEmail(email) .setAddress(address) .build(); }
}
2. 客户端通过指挥者构建对象
public class ClientDemo { public static void main(String[] args) { UserBuilder builder = new UserBuilder("Charlie"); UserDirector director = new UserDirector(builder); // 使用指挥者创建基础用户 User basicUser = director.constructBasicUser(); basicUser.show(); }
}
四、框架与源码中的建造者实践
1. JDK 中的 StringBuilder
StringBuilder 使用建造者模式实现字符串的分步拼接，支持链式调用：
String result = new StringBuilder("Hello") .append(" ") .append("World") .toString(); // 输出 "Hello World"
2. MyBatis 的 SqlSessionFactoryBuilder
MyBatis 通过建造者模式构建 SqlSessionFactory，允许配置数据源、事务管理器等参数：
SqlSessionFactory factory = new SqlSessionFactoryBuilder() .build(Resources.getResourceAsStream("mybatis-config.xml"));
3. Android 的 AlertDialog.Builder
Android 中通过建造者模式创建对话框，分步设置标题、内容、按钮等：
new AlertDialog.Builder(context) .setTitle("提示") .setMessage("确认操作？") .setPositiveButton("确定", null) .create() .show();
五、避坑指南：正确使用建造者模式的 3 个要点
1. 区分建造者与工厂模式
- 工厂模式：专注于 “创建对象”，不关心构建过程（如
new User("Alice", 25)）。 - 建造者模式：强调 “分步构建”，支持复杂对象的属性逐个设置（如
setName().setAge()）。
2. 合理设计必选与可选属性
- 必选属性通过建造者的构造方法强制设置，避免出现不完整的产品实例。
- 可选属性通过公共方法设置，允许客户端按需选择。
3. 考虑线程安全
若建造者用于多线程环境，需对共享的产品属性或建造者实例添加同步控制（如 synchronized）。
六、总结：何时该用建造者模式？
| 适用场景 | 核心特征 | 典型案例 |
|---|---|---|
| 复杂对象分步构建 | 对象包含多个属性，需分步骤初始化 | 用户配置、订单详情、XML/JSON 解析 |
| 链式调用需求 | 需要通过方法链提升代码可读性 | 日志构建、SQL 语句拼接 |
| 构建流程多样化 | 相同构建步骤可生成不同表示的产品 | 报表生成（HTML/Excel/PDF 格式） |
建造者模式通过将复杂对象的构建过程分解为多个简单步骤，使代码更易读、可维护。下一篇我们将探讨桥接模式，解析如何分离抽象与实现，敬请期待！
扩展思考：建造者模式的变种
- 流式建造者：所有设置方法均返回
this，形成方法链（如示例中的setAge().setEmail()）。 - 建造者返回不同产品：一个建造者类支持构建多种相关产品（如用户与管理员对象）。