建造者模式(Builder Pattern)

2025-05-10

creational, builder

建造者模式(Builder Pattern)是对象的创建模式。建造者模式可以将一个产品的内部表象(internal representation)与产品的生产过程分割开来，从而可以使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。

概念

将一个复杂对象的构建与其表象分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

  • 适用场景：
    • 构建的对象具有复杂的内部结构。
    • 对象的构建过程需要多个步骤，并且这些步骤可能变化。
    • 希望解耦构建过程与具体实现。

模式结构

建造者模式通常包含以下角色：

  • Product: 要构建的复杂对象
  • Builder: 定义构建产品的各个步骤的接口（如buildPartA(),buildPartB()等），也可以是一个抽象类或接口。
  • ConcreteBuilder: 实现Builder接口，具体完成各部分的构建，并提供一个获取产品的方法。
  • Director： 负责调用构建者中的步骤来构建产品，不关心具体实现，只控制流程。
  • Client: 最终客户端。

示例代码：

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class House {  // Product 类
  private String foundation;
  private String walls;
  private String roof;
  public void setFoundation(String foundation) {
    this.foundation = foundation;
  }
  public void setWalls(String walls) {
    this.walls = walls;
  }
  public void setRoof(String roof) {
    this.roof = roof;
  }
  public void show() {
    System.out.println("Foundation: " + foundation);
    System.out.println("Walls: " + walls);
    System.out.println("Roof: " + roof);
  }
}

interface HouseBuilder {  // Builder
  void buildFoundation();
  void buildWalls();
  void buildRoof();
  House getHouse();
}

class ConcreteHouseBuilder implements HouseBuilder {  // ConcreteBuilder
  private House house = new House();
  public void buildFoundation() {
    house.setFoundation("Built with bricks");
  }
  public void buildWalls() {
    house.setWalls("Reinforced concrete walls");
  }
  public void buildRoof() {
    house.setRoof("Tile roof");
  }
  public House getHouse() {
    return house;
  }
}

class HouseDirector {  // Director
  private HouseBuilder builder;
  public HouseDirector(HouseBuilder builder) {
    this.builder = builder;
  }
  public void constructHouse() {
    builder.buildFoundation();
    builder.buildWalls();
    builder.buildRoof();
  }
}

public class Client {  // Client
  public static void main(String[] args) {
    // 创建建造者
    HouseBuilder builder = new ConcreteHouseBuilder();
    // 创建指挥者并传入建造者
    HouseDirector director = new HouseDirector(builder);
    // 指挥者开始构建
    director.constructHouse();
    // 获取最终产品
    House house = builder.getHouse();
    house.show();
  }
}

优点： 分离构建逻辑和表示；多样化输出；控制构建过程
缺点： 不适合简单对象，如果对象构造过程简单，使用该模式反而增加复杂度；需要定义多个类，增加了系统的类数量，增加了理解成本。

场景举例

  • 构建不同配置的计算机(cpu、内存、硬盘等)
  • 生成不同风格的文档(PDF、HTML、Word)
  • 组装汽车的不同型号(发动机、轮子、颜色等)
  • 游戏中的角色的定制(武器、服装、技能等)

和Lombok插件的区别

  1. Lombok的@Builder并不完全等同于GoF的建造者模式。
  2. 它缺少Director角色，也不支持多个ConcreteBuilder实现。
  3. 如需要对构建过程作复杂的控制(如分布构建、条件判断、模板化流程)，仍需要手动实现建造者模式。
  4. Lombok的@Builder只对简单对象的私有属性进行构建。