【设计模式自习室】建造者模式

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前言

《设计模式自习室》系列，顾名思义，本系列文章带你温习常见的设计模式。主要内容有：

• 该设计模式的详细介绍，包括：
  • 引子，意图（大白话解释）
  • 类图，时序图（理论规范）
• 该模式的代码示例：熟悉它长的样子
• 该模式的实际使用案例：了解它在哪些重要的源码中出现过

该系列会逐步更新于我的博客和公众号（博客见文章底部）

也希望各位观众老爷能够关注我的个人公众号：后端技术漫谈，不会错过精彩好看的文章。

系列文章回顾

【设计模式自习室】开篇：为什么我们要用设计模式？

创建型：建造者模式 Builder

引子

根据中文翻译的不同，建造者模式又可以称为生成器模式，它属于创建型模式。

复杂对象相当于一辆有待建造的汽车，而对象的属性相当于汽车的部件，建造产品的过程就相当于组合部件的过程。由于组合部件的过程很复杂，因此，这些部件的组合过程往往被“外部化”到一个称作建造者的对象里，建造者返还给客户端的是一个已经建造完毕的完整产品对象，而用户无须关心该对象所包含的属性以及它们的组装方式，这就是建造者模式的模式动机。

我们常用的StringBuilder就是一个建造者模式的典型例子

意图

建造者模式(Builder Pattern)：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

类图

如果看不懂UML类图，可以先粗略浏览下该图，想深入了解的话，可以继续谷歌，深入学习：

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建造者模式包含如下角色：

• Builder：抽象建造者 (我们经常会看到AbstractXXXX类)
• ConcreteBuilder：具体建造者
• Director：指挥者
• Product：产品角色

下图是建造者模式得到UML图，可以看到：

• ConcreteBuilder是Builder的实现关系
• Builder聚合到Director上，因为Director还可以干别的事情

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时序图

时序图（Sequence Diagram）是显示对象之间交互的图，这些对象是按时间顺序排列的。时序图中显示的是参与交互的对象及其对象之间消息交互的顺序。

我们可以大致浏览下时序图，如果感兴趣的小伙伴可以去深究一下：

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实现

1. 建造一个水杯

一水杯工厂要生产各式各样的水杯，无论杯子是神马造型，但都包括绳子，帽子和杯体。以此模型创建各种类型的杯子。

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cup-->Product类

public class Cup {

    private String string;    //绳子
    private String cap;       //帽子
    private String cupBody;   //杯体

    public void setString(String string) {
        this.string = string;
    }
    public void setCap(String cap) {
        this.cap = cap;
    }
    public void setCupBody(String cupBody) {
        this.cupBody = cupBody;
    }

    public void show() {
        System.out.println("杯子生产完毕");
    }

}

Builder-->Builder类

public abstract class  Builder {

    protected Cup cup = new Cup();
    
    public abstract void buildString();
    
    public abstract void buildCap();
    
    public abstract void buildCupBody();
    
    public  Cup getResult() {
        return cup;
    }

}

ClassCup-->concrateBuilder类

public class ClassCup extends Builder {

    @Override
    public void buildString() {
        cup.setString("生产绳子...");
        System.out.println("生产绳子...");
    }

    @Override
    public void buildCap() {
        cup.setCap("生产帽子...");
        System.out.println("生产帽子...");
    }

    @Override
    public void buildCupBody() {
        cup.setCupBody("生产杯体...");
        System.out.println("生产杯体...");
    }


}

Director类

public class Director {

    private Builder builder;

    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public void create() {
        builder.buildString();
        builder.buildCap();
        builder.buildCupBody();
        builder.getResult().show();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Director d = new Director(new ClassCup());
        d.create();
    }

}

2. 编写一个简易的java.lang.StringBuilder

AbstractStringBuilder-->Builder类

public class AbstractStringBuilder {
    protected char[] value;

    protected int count;

    public AbstractStringBuilder(int capacity) {
        count = 0;
        value = new char[capacity];
    }

    public AbstractStringBuilder append(char c) {
        ensureCapacityInternal(count + 1);
        value[count++] = c;
        return this;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0)
            expandCapacity(minimumCapacity);
    }

    void expandCapacity(int minimumCapacity) {
        int newCapacity = value.length * 2 + 2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
            newCapacity = minimumCapacity;
        if (newCapacity < 0) {
            if (minimumCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
    }
}

StringBuilder-->concrateBuilder类

public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {
    public StringBuilder() {
        super(16);
    }

    @Override
    public String toString() {
        // Create a copy, don't share the array
        return new String(value, 0, count);
    }
}

Client-->Director类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        final int count = 26;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            sb.append((char) ('a' + i));
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

优缺点

优点

• 在建造者模式中， 客户端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。
• 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 。
• 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。
• 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”。

缺点

• 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。
• 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。

使用场景举例

JDK中使用

• java.lang.StringBuilder
• java.nio.ByteBuffer
• java.lang.StringBuffer
• java.lang.Appendable
• Apache Camel builders

参考

https://blog.csdn.net/c275046758/article/details/50540789

https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F%20-%20%E7%94%9F%E6%88%90%E5%99%A8.md

https://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/creational_patterns/builder.html

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