设计模式——建造者模式

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建造者模式（Builder Pattern）： 使用简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。这种设计模式属于创建者模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象。该 Builder 类是独立于其他对象的。例如，计算机是由 CPU、主板、内存、硬盘、显卡、机箱、显示器、键盘、鼠标等部件组装而成的，采购员不可能自己去组装计算机，而是将计算机的配置要求告诉计算机销售公司，计算机销售公司安排技术人员去组装计算机，然后再交给要买计算机的采购员。

以上所有这些产品都是由多个部件构成的，各个部件可以灵活选择，但其创建步骤都大同小异。这类产品的创建无法用前面介绍的工厂模式描述，只有建造者模式可以很好地描述该类产品的创建。

一、基本介绍

1）、建造者模式： 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）、构造者模式，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）、构造者模式主要解决在软件系统中，当面临一个复杂对象的创建工作时，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。
4）、主要适用于：一些基本部件不会变，而其组合经常变化的情况。主要是将变与不变进行分离（去肯德基，汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等是不变的，而其组合是经常变化的，生成出所谓的"套餐"）。

二、建造者模式的四个角色

1）、Product（产品角色）： 包含多个组成部件的复杂对象(产品对象)。
2）、Builder（抽象建造者）： 创建一个包含 Product 各个子部件的抽象方法或接口，通常还包含了一个返回复杂产品的方法。
3）、ConcreteBuilder（具体建造者）： 实现 Builder 接口，构建和装备各个子部件的具体实现。
4）、Director（指挥者）： 构建一个使用 Builder 接口的对象。它主要作用是用于创建一个复杂的对象。在指挥者中不涉及具体产品的信息。主要分两个作用，一是隔离客户与对象的生产过程，二是负责控制对象的生产过程。

三、建造者模式的注意事项和细节

1）、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。
2）、每一个具体建造者都相对独立，因此可以方便的替换或者新增具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象。
3）、可以更加精准的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）、增加新的具体建筑者无需修改原有类库代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便。符合 OCP 原则。
5）、建造者模式创建的产品具有较多的共同点，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内来实现这种变化，导致系统变得庞大，因此这种情况下，考虑是否选择建造者模式。
7）、抽象工厂模式 VS 建造者模式：抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族就是一系列产品。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系构建过程，只关系产品由什么工厂生成即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。

四、建造者模式原理类图：可以参考五中的代码一起观看

五、建造者模式案例

【1】创建 Product 产品角色：

public class Product {
    private String CPU;
    //主板 mainboard
    private String mainboard;
    //内存 memory
    private String memory;
    //.....略
    //生成get set 方法 略
}

【2】抽象建造者对象：

public abstract class Builder {
    //组合 产品对象
    protected Product product = new Product();
 
    //抽象方法
    public abstract void buildCpu();
    public abstract void buildMainboard();
    public abstract void buildMemory();
 
    //返回一个产品对象
    public Product getResult() {
        return product;
    }
}

【3】具体建造者对象：一般会有多个这种对象，都实现 Builder 抽象类。

public class ConcreteBuilder_huawei extends Builder{
 
    @Override
    public void buildCpu() {
        product.setCPU("华为CPU");
    }
 
    @Override
    public void buildMainboard() {
        product.setMainboard("华为主板");
    }
 
    @Override
    public void buildMemory() {
        product.setMemory("华为内存");
    }
 
}

【4】指挥者类，主要构建组装的流程：返回的是产品对象

public class Director {
    //需要将抽象类聚合进来
    Builder builder = null;
    //创建一个构造器 调用时传入具体的实现类
    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }
    //添加set 方法 用户可以通过此方法修改已有的 建造者对象
    public void setBuilder(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }
 
    //笔记本的组成流程  返回的是产品类
    public Product pack_pc() {
        builder.buildMainboard();
        builder.buildCpu();
        builder.buildMemory();
        return builder.getResult();
    }
}

【5】客户端通过指挥者类调用需要的品牌电脑：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建需要的电脑子部件——例如我们要组装的是 华为
        ConcreteBuilder_huawei huawei = new ConcreteBuilder_huawei();
        //调用指挥者类，将需要的品牌传入，根据控制着中的流程进行组装
        Director director = new Director(huawei);
        //调用组装方法，返回产品
        Product pack_pc = director.pack_pc();
        //查看输入的结果
        System.out.println(pack_pc.toString());
        //结果为：Product [CPU=华为CPU, mainboard=华为主板, memory=华为内存]
    }
}

六、源码分析（StringBuilder）

【1】java.lang.StringBuilder中的建造者模式：

public class OrginBuilder {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder builder = new StringBuilder("hello");
        builder.append("world");
    }
}

【2】进入 append 方法，会发现 StringBuilder 类即就是我们所说的指挥者。建造方法的具体实现是由 AbstractStringBuilder 实现。

@Override
public StringBuilder append(String str) {
    super.append(str);
    return this;
}

【3】进入 AbstractStringBuilder 类，实现了 Appendable 接口方法，此类已是建造者，只是不能实例化。

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;
}

【4】Appendable 接口定义了多个 append 方法（抽象方法），既 Appendle 为抽象建造者，定义了抽象方法。

public interface Appendable {
 
    Appendable append(CharSequence csq) throws IOException;  
    ......
}