Java编程之建造者模式

news2025/6/6 9:55:56

建造者模式（Builder Pattern）是一种创建型设计模式，它将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式允许你分步骤构建一个复杂对象，并且可以在构建过程中进行不同的配置。

模式的核心组件

建造者模式通常包含以下四个核心组件：

  1. 产品（Product）：要构建的复杂对象。
  2. 抽象建造者（Builder）：定义了构建产品各个部分的抽象接口。
  3. 具体建造者（Concrete Builder）：实现抽象建造者接口，完成产品各部分的具体构建。
  4. 指挥者（Director）：负责安排复杂对象的构建顺序，并使用建造者对象构建产品。

简单实现

让我们通过一个示例来详细说明建造者模式的实现。假设我们要构建一个电脑（Computer）对象，它包含 CPU、内存、硬盘和显卡等组件。

首先，定义产品类：

// 产品类：电脑
public class Computer {
    private String cpu;
    private String memory;
    private String hardDisk;
    private String graphicsCard;

    // 私有构造函数，只能通过Builder创建Computer
    private Computer(Builder builder) {
        this.cpu = builder.cpu;
        this.memory = builder.memory;
        this.hardDisk = builder.hardDisk;
        this.graphicsCard = builder.graphicsCard;
    }

    // Getter方法
    public String getCpu() {
        return cpu;
    }

    public String getMemory() {
        return memory;
    }

    public String getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public String getGraphicsCard() {
        return graphicsCard;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", hardDisk='" + hardDisk + '\'' +
                ", graphicsCard='" + graphicsCard + '\'' +
                '}';
    }

    // 静态内部类：Builder
    public static class Builder {
        private String cpu;
        private String memory;
        private String hardDisk;
        private String graphicsCard;

        // 设置CPU，返回Builder实例以便链式调用
        public Builder setCpu(String cpu) {
            this.cpu = cpu;
            return this;
        }

        // 设置内存，返回Builder实例以便链式调用
        public Builder setMemory(String memory) {
            this.memory = memory;
            return this;
        }

        // 设置硬盘，返回Builder实例以便链式调用
        public Builder setHardDisk(String hardDisk) {
            this.hardDisk = hardDisk;
            return this;
        }

        // 设置显卡，返回Builder实例以便链式调用
        public Builder setGraphicsCard(String graphicsCard) {
            this.graphicsCard = graphicsCard;
            return this;
        }

        // 构建Computer对象
        public Computer build() {
            // 可以在这里添加参数验证逻辑
            if (cpu == null || memory == null || hardDisk == null) {
                throw new IllegalArgumentException("CPU、内存和硬盘是必需的");
            }
            return new Computer(this);
        }
    }
}

然后，使用建造者模式创建电脑对象：

public class BuilderPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用Builder创建电脑对象
        Computer gamingComputer = new Computer.Builder()
                .setCpu("Intel i9-12900K")
                .setMemory("32GB DDR5")
                .setHardDisk("2TB NVMe SSD")
                .setGraphicsCard("NVIDIA RTX 3080")
                .build();

        Computer officeComputer = new Computer.Builder()
                .setCpu("Intel i5-12400")
                .setMemory("16GB DDR4")
                .setHardDisk("512GB SSD")
                .build(); // 办公电脑可以不设置独立显卡

        System.out.println("游戏电脑配置：" + gamingComputer);
        System.out.println("办公电脑配置：" + officeComputer);
    }
}

如上是一个建造者模式的简单实现，是不是感觉超级简单，下面是经典的实现方式

 经典实现

// 1. 产品类：电脑
public class Computer {
    private String cpu;
    private String memory;
    private String hardDisk;
    private String graphicsCard;
    
    // 构造函数和Getter方法
    public Computer(String cpu, String memory, String hardDisk, String graphicsCard) {
        this.cpu = cpu;
        this.memory = memory;
        this.hardDisk = hardDisk;
        this.graphicsCard = graphicsCard;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", hardDisk='" + hardDisk + '\'' +
                ", graphicsCard='" + graphicsCard + '\'' +
                '}';
    }
}

// 2. 抽象建造者接口
public interface ComputerBuilder {
    void buildCPU();
    void buildMemory();
    void buildHardDisk();
    void buildGraphicsCard();
    Computer getComputer();
}

// 3. 具体建造者：游戏电脑建造者
public class GamingComputerBuilder implements ComputerBuilder {
    private Computer computer;
    
    public GamingComputerBuilder() {
        this.computer = new Computer(null, null, null, null);
    }
    
    @Override
    public void buildCPU() {
        computer.setCpu("Intel i9-12900K");
    }
    
    @Override
    public void buildMemory() {
        computer.setMemory("32GB DDR5");
    }
    
    @Override
    public void buildHardDisk() {
        computer.setHardDisk("2TB NVMe SSD");
    }
    
    @Override
    public void buildGraphicsCard() {
        computer.setGraphicsCard("NVIDIA RTX 3080");
    }
    
    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

// 3. 具体建造者：办公电脑建造者
public class OfficeComputerBuilder implements ComputerBuilder {
    private Computer computer;
    
    public OfficeComputerBuilder() {
        this.computer = new Computer(null, null, null, null);
    }
    
    @Override
    public void buildCPU() {
        computer.setCpu("Intel i5-12400");
    }
    
    @Override
    public void buildMemory() {
        computer.setMemory("16GB DDR4");
    }
    
    @Override
    public void buildHardDisk() {
        computer.setHardDisk("512GB SSD");
    }
    
    @Override
    public void buildGraphicsCard() {
        // 办公电脑可以不设置独立显卡
    }
    
    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

// 4. 指挥者：控制构建过程
public class ComputerDirector {
    private ComputerBuilder builder;
    
    public ComputerDirector(ComputerBuilder builder) {
        this.builder = builder;
    }
    
    public void constructComputer() {
        builder.buildCPU();
        builder.buildMemory();
        builder.buildHardDisk();
        builder.buildGraphicsCard();
    }
    
    public Computer getComputer() {
        return builder.getComputer();
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 构建游戏电脑
        ComputerBuilder gamingBuilder = new GamingComputerBuilder();
        ComputerDirector director = new ComputerDirector(gamingBuilder);
        director.constructComputer();
        Computer gamingComputer = director.getComputer();
        
        // 构建办公电脑
        ComputerBuilder officeBuilder = new OfficeComputerBuilder();
        director = new ComputerDirector(officeBuilder);
        director.constructComputer();
        Computer officeComputer = director.getComputer();
        
        System.out.println("游戏电脑配置：" + gamingComputer);
        System.out.println("办公电脑配置：" + officeComputer);
    }
}

模式的优点

  1. 分离构建和表示：使得构建算法可以独立于产品的表示，提高了系统的可扩展性。
  2. 分步构建：可以分步骤构建一个复杂对象，允许在构建过程中进行不同的配置。
  3. 链式调用：通过链式调用方法设置属性，使代码更简洁易读。
  4. 参数验证：可以在build()方法中添加参数验证逻辑，确保对象的完整性。

模式的应用场景

  1. 复杂对象构建：当创建一个对象需要很多步骤，并且这些步骤的顺序可能不同。
  2. 可选参数较多：当一个类的构造函数有很多参数，特别是其中很多是可选参数时。
  3. 构建不同表示：当需要创建同一个产品的不同表示时。

与其他模式的比较

  • 工厂模式：工厂模式关注的是整体对象的创建，而建造者模式关注的是对象的分步构建。
  • 抽象工厂模式：抽象工厂模式返回的是一系列相关产品，而建造者模式返回的是一个完整的产品。

建造者模式在实际开发中非常常用，特别是在创建复杂对象时。它能够使代码更加清晰、灵活，并且易于维护。另外Lombok 的@Builder注解是一个强大的工具，它能自动生成流式 API 风格的 "建造者模式 (Builder Pattern)" 代码，从而避免编写大量样板代码。使用该注解可以让代码更简洁，同时保持建造者模式的优势。

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