建造者模式

盖房项目实际需求

  1. 需要建房子：这一过程为打桩、 砌墙、封顶
  2. 房子有各种各样的，比如普通房，高楼，别墅，各种房子的过程虽然一样，但是各自实现的细节不同
  3. 请编写程序，完成需求

传统方式:

  1. 房子的抽象父类，指定建造房子的规范，以及建造房子的具体流程

    public abstract class AbstractHouse {

	// 打地基
	public abstract void buildBasic(String value);

	// 砌墙
	public abstract void buildWalls(String value);

	// 封顶
	public abstract void roofed(String value);

	// 建造房子的具体流程
	public void build(String value) {
		buildBasic(value);
		buildWalls(value);
		roofed(value);
	}

}

  2. 房子类，继承 AbstractHouse 类，实现了建造房子中各个步骤的具体细节

    public class CommonHouse extends AbstractHouse {

	@Override
	public void buildBasic(String value) {
        //***
		System.out.println(" 普通房子打地基 ");
	}

	@Override
	public void buildWalls(String value) {
        //***
		System.out.println(" 普通房子砌墙 ");
	}

	@Override
	public void roofed(String value) {
        //***
		System.out.println(" 普通房子封顶 ");
	}

}

  3. 客户端，发出建造房子的命令

    public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
		commonHouse.build();
	}

}

传统方式优缺点分析

  1. 优点是比较好理解，简单易操作。
  2. 设计的程序结构，过于简单，没有设计缓存层对象，程序的扩展和维护不好，也就是说，这种设计方案，把产品(即：房子) 和创建产品的过程(即：建房子流程) 封装在一起，若此对象的构建特别复杂,根据不同的情况,建造不同的实例,都需要传入不同的参数,并且构建方法就在本类方法,代码耦合性增强了。
  3. 解决方案：将产品和产品建造过程解耦 --> 建造者模式

1. 建造者模式

介绍:

  1. 建造者模式（Builder Pattern） 又叫生成器模式，是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现（属性）的对象。
  2. 建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。
  3. 将对象本身和对象的构建隔离
  4. 实际应用场景：建造房子、组装车辆

建造者模式的四个角色

  1. Product（产品角色）： 一个具体的产品对象
  2. Builder（抽象建造者）： 创建一个Product对象的抽象接口（或抽象类），抽象建造者主要负责规范建造的流程，不关心具体的建造细节
  3. ConcreteBuilder（具体建造者）： 实现接口，构建和装配各个部件，具体建造者负责实现具体的建造细节
  4. Director（指挥者）： 构建一个使用Builder接口的具体实现类的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程

对上面的代码进行优化:

类图:

1608300546203

对上图的解释:

  1. 普通的产品类House
  2. 构建产品类的抽象类HouseBuilder,基本的过程
  3. 对于不同的实现,实现对应的构建者CommonHouse, HighBuilding,OtherHouse
  4. 对不同的构建者进行管理,统一构建HouseDirector
  5. 客户端 Client

实现:

  1. 产品类

    //产品->Product
public class House {
	private String base;
	private String wall;
	private String roofed;
}

  2. 抽象建造者，规定制造房子的规范，并提供 buildHouse() 方法返回制造好的房子（产品）

    // 抽象的建造者
public abstract class HouseBuilder {

	protected House house = new House();

	// 将建造的流程写好, 抽象的方法
	public abstract void buildBasic();

	public abstract void buildWalls();

	public abstract void roofed();

	// 建造房子好， 将产品(房子) 返回
	public House buildHouse() {
		return house;
	}

}

  3. 具体建造者，负责建造普通房子，重写父类 HouseBuilder 中的抽象方法来指定普通房子的建造细节

    public class CommonHouse extends HouseBuilder {

	@Override
	public void buildBasic() {
		house.setBase("普通房子打地基5米");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		house.setWall("普通房子砌墙10cm");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		house.setRoofed("普通房子屋顶");
	}

}

  4. 具体建造者，负责建造高楼，重写父类 HouseBuilder 中的抽象方法来指定高楼的建造细节

    public class HighBuilding extends HouseBuilder {

	@Override
	public void buildBasic() {
		house.setBase("高楼的打地基100米");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		house.setWall("高楼的砌墙20cm");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		house.setRoofed("高楼的透明屋顶");
	}

}

  5. 指挥者, 指挥具体的 Builder 对象制造产品，可指定制造产品的流程

    //指挥者，这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {

	HouseBuilder houseBuilder = null;

	// 构造器传入 houseBuilder
	public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
		this.houseBuilder = houseBuilder;
	}

	// 通过setter 传入 houseBuilder
	public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
		this.houseBuilder = houseBuilder;
	}

	// 如何处理建造房子的流程，交给指挥者
	public House constructHouse() {
		houseBuilder.buildBasic();
		houseBuilder.buildWalls();
		houseBuilder.roofed();
		return houseBuilder.buildHouse();
	}

}

  6. 客户端，发出建造房子的命令

    public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		// 盖普通房子
		CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
		// 准备创建房子的指挥者
		HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
		// 完成盖房子，返回产品(普通房子)
		House house = houseDirector.constructHouse();
		// 查看建造的普通房子
		System.out.println(house);

		System.out.println("--------------------------");
		// 盖高楼
		HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
		// 重置建造者
		houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
		// 完成盖房子，返回产品(高楼)
		house = houseDirector.constructHouse();
		// 查看建造的高楼
		System.out.println(house);
	}
}

  7. 打印输出

    House [base=普通房子打地基5米, wall=普通房子砌墙10cm, roofed=普通房子屋顶]
--------------------------
House [base=高楼的打地基100米, wall=高楼的砌墙20cm, roofed=高楼的透明屋顶]

2. JDK StringBuilder

  1. StringBuilder 的 继承抽象父类AbstractStringBuilder

    public final class StringBuilder
    extends AbstractStringBuilder
    implements java.io.Serializable, CharSequence
{
    // ...
    
    @Override
    public StringBuilder append(String str) {
        super.append(str);
        return this;
    }

  2. AbstractStringBuilder 实现 Appendable 接口定义的规范

    abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;

    /**
     * The count is the number of characters used.
     */
    int count;

    /**
     * This no-arg constructor is necessary for serialization of subclasses.
     */
    AbstractStringBuilder() {
    }

    /**
     * Creates an AbstractStringBuilder of the specified capacity.
     */
    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;
    }
    
    // ...

  3. Appendable 接口：定义了 append() 方法的规范，相当于是一个抽象的建造者

    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;
}

源码中建造者模式角色分析

  1. Appendable 接口定义了多个 append() 方法(抽象方法)，即 Appendable 为抽象建造者，定义了制造产品的抽象方法（规范）
  2. AbstractStringBuilder 实现了 Appendable 接口方法，这里的 AbstractStringBuilder 已经是建造者，只是不能实例化
  3. StringBuilder 既充当了指挥者角色，同时充当了具体的建造者， 因为建造方法的实现是由 AbstractStringBuilder 完成，而 StringBuilder 继承了AbstractStringBuilder

3. 建造者模式的注意事项

  1. 客户端(使用程序)不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象
  2. 每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者， 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象
  3. 可以更加精细地控制产品的创建过程 。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程
  4. 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合 “开闭原则”
  5. 建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
  6. 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大， 因此在这种情况下，要考虑是否选择建造者模式

抽象工厂模式 VS 建造者模式

  1. 抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可(不同的情况,构建出不同的类)
  2. 而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品，可以这样理解：建造者模式制造产品需要有一个具体的流程，对于不同产品整体流程相差不大，但是每个流程的实现细节较大(一个类,不同的情况,构建成不同的模式)
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