设计模式——Builder(建造者)设计模式

原创

我是庄小焱 2025-01-03 23:24:32 博主文章分类：代码重构设计 ©著作权

文章标签 设计模式开发开发 java 文章分类 Java 后端开发 私藏项目实操分享

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摘要

本文详细介绍了建造者模式（Builder Pattern），这是一种将复杂对象的构造与其表示分离的设计模式，允许通过统一的构建过程创建不同的对象表示。文章阐述了建造者模式的定义、类图、实现方法，并讨论了使用场景，包括手动实现和使用Lombok工具简化实现过程。

1. 建造者模式定义

建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。

2. 建造者模式类图

建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等4个要素构成，现在我们来分析其基本结构和实现方法。

建造者（Builder）模式的主要角色如下。

产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个零部件。
抽象建造者（Builder）：它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。

设计模式——Builder(建造者)设计模式_开发开发

3. 建造者模式实现

3.1. 手动实现建造者模式

产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。

class Product {
    private String partA;
    private String partB;
    private String partC;
    public void setPartA(String partA) {
        this.partA = partA;
    }
    public void setPartB(String partB) {
        this.partB = partB;
    }
    public void setPartC(String partC) {
        this.partC = partC;
    }
    public void show() {
        //显示产品的特性
    }
}

抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。

abstract class Builder {
    //创建产品对象
    protected Product product = new Product();
    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract void buildPartC();
    //返回产品对象
    public Product getResult() {
        return product;
    }
}

具体建造者：实现了抽象建造者接口。

public class ConcreteBuilder extends Builder {
    public void buildPartA() {
        product.setPartA("建造 PartA");
    }
    public void buildPartB() {
        product.setPartB("建造 PartB");
    }
    public void buildPartC() {
        product.setPartC("建造 PartC");
    }
}

指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

class Director {
    private Builder builder;
    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }
    //产品构建与组装方法
    public Product construct() {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}

测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Builder builder = new ConcreteBuilder();
        Director director = new Director(builder);
        Product product = director.construct();
        product.show();
    }
}

package Builder;

import java.awt.*;
import javax.swing.*;

public class ParlourDecorator {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Decorator d;
            d = (Decorator) ReadXML.getObject();
            ProjectManager m = new ProjectManager(d);
            Parlour p = m.decorate();
            p.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

//产品：客厅
class Parlour {
    private String wall;    //墙
    private String TV;    //电视
    private String sofa;    //沙发 

    public void setWall(String wall) {
        this.wall = wall;
    }

    public void setTV(String TV) {
        this.TV = TV;
    }

    public void setSofa(String sofa) {
        this.sofa = sofa;
    }

    public void show() {
        JFrame jf = new JFrame("建造者模式测试");
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p = new JPanel();
        JScrollPane sp = new JScrollPane(p);
        String parlour = wall + TV + sofa;
        JLabel l = new JLabel(new ImageIcon("src/" + parlour + ".jpg"));
        p.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("客厅"));
        p.add(l);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        jf.pack();
        jf.setVisible(true);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
    }
}

//抽象建造者：装修工人
abstract class Decorator {
    //创建产品对象
    protected Parlour product = new Parlour();

    public abstract void buildWall();

    public abstract void buildTV();

    public abstract void buildSofa();

    //返回产品对象
    public Parlour getResult() {
        return product;
    }
}

//具体建造者：具体装修工人1
class ConcreteDecorator1 extends Decorator {
    public void buildWall() {
        product.setWall("w1");
    }

    public void buildTV() {
        product.setTV("TV1");
    }

    public void buildSofa() {
        product.setSofa("sf1");
    }
}

//具体建造者：具体装修工人2
class ConcreteDecorator2 extends Decorator {
    public void buildWall() {
        product.setWall("w2");
    }

    public void buildTV() {
        product.setTV("TV2");
    }

    public void buildSofa() {
        product.setSofa("sf2");
    }
}

//指挥者：项目经理
class ProjectManager {
    private Decorator builder;

    public ProjectManager(Decorator builder) {
        this.builder = builder;
    }

    //产品构建与组装方法
    public Parlour decorate() {
        builder.buildWall();
        builder.buildTV();
        builder.buildSofa();
        return builder.getResult();
    }
}

package Builder;

import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;

import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import java.io.File;

class ReadXML {
    public static Object getObject() {
        try {
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src/Builder/config.xml"));
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
            String cName = "Builder." + classNode.getNodeValue();
            System.out.println("新类名：" + cName);
            Class<?> c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

3.2. 使用LomBok来实现建造者模式

@Builder
@Data
public class PolicyWorkflowContext {

    private String name;
    private int age;
    private String sex;
}

package com.zhuangxiaoyan.hyxftest.designpattern;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import org.junit.Test;

/**
 * PolicyWorkflowContext PolicyWorkflowContext测试
 *
 * @author xjl
 * @version 2024/11/01 15:09
 **/
public class PolicyWorkflowContextTest {

    @Test
    public void testBuilder() {
        PolicyWorkflowContext context = PolicyWorkflowContext.builder()
                .name("庄小焱")
                .age(2)
                .sex("男")
                .build();
        System.out.println(JSON.toJSON(context));
        System.out.println(
                context.getAge()
        );
    }
}

4. 建造者使用场景

建造者模式唯一区别于工厂模式的是针对复杂对象的创建。也就是说，如果创建简单对象，通常都是使用工厂模式进行创建，而如果创建复杂对象，就可以考虑使用建造者模式。

当需要创建的产品具备复杂创建过程时，可以抽取出共性创建过程，然后交由具体实现类自定义创建流程，使得同样的创建行为可以生产出不同的产品，分离了创建与表示，使创建产品的灵活性大大增加。

建造者模式主要适用于以下应用场景：