🧢 建造者模式 Builder

1. 模式动机

封装一个对象的构造过程，并允许按步骤构造。

例如：无论是在现实世界中还是在软件系统中，都存在一些复杂的对象，它们拥有多个组成部分，如汽车，它包括车轮、方向盘、发送机等各种部件。而对于大多数用户而言，无须知道这些部件的装配细节，也几乎不会使用单独某个部件，而是使用一辆完整的汽车，可以通过建造者模式对其进行设计与描述，建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。

在软件开发中，也存在大量类似汽车一样的复杂对象，它们拥有一系列成员属性，这些成员属性中有些是引用类型的成员对象。而且在这些复杂对象中，还可能存在一些限制条件，如某些属性没有赋值则复杂对象不能作为一个完整的产品使用；有些属性的赋值必须按照某个顺序，一个属性没有赋值之前，另一个属性可能无法赋值等。

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。

2. 模式定义

构造者模式(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。

建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，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。建造者模式属于对象创建型模式。根据中文翻译的不同，建造者模式又可以称为生成器模式。

3. 模式结构

建造者模式包含如下角色：

Product：产品角色
AbstractBuilder：抽象建造者。构建者的抽象基类（有时会使用接口代替），定义了构建 Product 的抽象步骤，其实体类需要实现这些步骤。其会包含一个用来返回最终产品的方法 Product getProduct()。
ConcreteBuilder：具体建造者
Director：指挥者。决定如何构建最终产品的算法. 其会包含一个负责组装的方法 void Construct(Builder builder)，在这个方法中通过调用 builder 的方法，就可以设置 builder，等设置完成后，就可以通过 builder的 getProduct() 方法获得最终的产品。

4. 构造者模式解决的问题

当一个类的构造函数参数超过4个，而且这些参数有些是可选的时，我们通常有两种办法来构建它的对象。例如我们现在有如下一个类计算机类Computer，其中 cpu 与 ram 是必填参数，而其他 3 个是可选参数，那么我们如何构造这个类的实例呢, 通常有两种常用的方式：

public class Computer {
    private String cpu;//必须
    private String ram;//必须
    private int usbCount;//可选
    private String keyboard;//可选
    private String display;//可选
}

第一：折叠构造函数模式（telescoping constructor pattern ），这个我们经常用,如下代码所示

public class Computer {
     ...
    public Computer(String cpu, String ram) {
        this(cpu, ram, 0);
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount) {
        this(cpu, ram, usbCount, "罗技键盘");
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount, String keyboard) {
        this(cpu, ram, usbCount, keyboard, "三星显示器");
    }
    public Computer(String cpu, String ram, int usbCount, String keyboard, String display) {
        this.cpu = cpu;
        this.ram = ram;
        this.usbCount = usbCount;
        this.keyboard = keyboard;
        this.display = display;
    }
}

第二种：Javabean 模式，如下所示

public class Computer {
        ...

    public String getCpu() {
        return cpu;
    }
    public void setCpu(String cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }
    public String getRam() {
        return ram;
    }
    public void setRam(String ram) {
        this.ram = ram;
    }
    public int getUsbCount() {
        return usbCount;
    }
...
}

那么这两种方式有什么弊端呢？

第一种主要是使用及阅读不方便。你可以想象一下，当你要调用一个类的构造函数时，你首先要决定使用哪一个，然后里面又是一堆参数，如果这些参数的类型很多又都一样，你还要搞清楚这些参数的含义，很容易就传混了。。。

第二种方式在构建过程中对象的状态容易发生变化，造成错误。因为那个类中的属性是分步设置的，所以就容易出错。

为了解决这两个痛点，builder 模式就横空出世了。

💡 当一个类的构造函数参数个数超过4个，而且这些参数有些是可选的参数，考虑使用构造者模式。

5. 代码实例

① 产品角色 Product

public class Computer {

    private String cpu;//必须
    private String ram;//必须
    private int usbCount;//可选
    private String keyboard;//可选
    private String display;//可选

    public Computer(String cpu, String ram) {
        this.cpu = cpu;
        this.ram = ram;
    }
    public void setUsbCount(int usbCount) {
        this.usbCount = usbCount;
    }
    public void setKeyboard(String keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }
    public void setDisplay(String display) {
        this.display = display;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", ram='" + ram + '\'' +
                ", usbCount=" + usbCount +
                ", keyboard='" + keyboard + '\'' +
                ", display='" + display + '\'' +
                '}';
    }
}

② 抽象建造者 AbstractBuilder

/**
 * Computer 抽象构建者
 */
public abstract class ComputerBuilder {

    public abstract void setUsbCount();
    public abstract void setKeyboard();
    public abstract void setDisplay();

    public abstract Computer getComputer();
}

③ 具体建造者 ConcreteBuilder

我们可以根据要构建的产品种类产生多个实体构建者类，这里我们构建了两种品牌的电脑：

/**
 * Mac Computer 构建者
 */
public class MacComputerBuilder extends ComputerBuilder {

    private Computer computer;

    public MacComputerBuilder(String cpu, String ram) {
        computer = new Computer(cpu, ram);
    }

    @Override
    public void setUsbCount() {
        computer.setUsbCount(2);
    }

    @Override
    public void setKeyboard() {
        computer.setKeyboard("Apple Keyboard");
    }

    @Override
    public void setDisplay() {
        computer.setDisplay("Apple Display");
    }

    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

/**
 * Lenovo Computer 构建者
 */
public class LenovoComputerBuilder extends ComputerBuilder {

    private Computer computer;

    public LenovoComputerBuilder(String cpu, String ram) {
        computer=new Computer(cpu,ram);
    }

    @Override
    public void setUsbCount() {
        computer.setUsbCount(4);
    }

    @Override
    public void setKeyboard() {
        computer.setKeyboard("Lenovo Keyboard");
    }

    @Override
    public void setDisplay() {
        computer.setDisplay("Lenovo Display");
    }

    @Override
    public Computer getComputer() {
        return computer;
    }
}

④ 指挥者 Director

由指挥者来决定调用哪个建造者，以及建造逻辑

/**
 * 指挥者
 */
public class ComputerDirector {

    public void makeComputer(ComputerBuilder builder){
        builder.setUsbCount();
        builder.setDisplay();
        builder.setKeyboard();
    }
}

⑤ 客户端

public class Client3 {

    public static void main(String[] args) {

        // 指挥者
        ComputerDirector computerDirector = new ComputerDirector();

        // Mac Computer 构造者
        ComputerBuilder macComputerBuilder = new MacComputerBuilder("I5 Cpu", "Samsung 125");
        // 指挥者决定使用哪个构造者创建产品
        computerDirector.makeComputer(macComputerBuilder);
        // 获取创建完成后的产品实例
        Computer macComputer = macComputerBuilder.getComputer();
        System.out.println("Mac Computer: " + macComputer.toString());

        // Lenovo Computer 构造者
        ComputerBuilder lenovoComputerBuilder = new LenovoComputerBuilder("I5 Cpu", "Samsung 125");
        // 指挥者决定使用哪个构造者创建产品
        computerDirector.makeComputer(lenovoComputerBuilder);
        // 获取创建完成后的产品实例
        Computer lenovoComputer = lenovoComputerBuilder.getComputer();
        System.out.println("Mac Computer: " + lenovoComputer.toString());


    }
}

5. 总结

建造者模式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。建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，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。建造者模式属于对象创建型模式。
在建造者模式的结构中引入了一个指挥者类，该类的作用主要有两个：一方面它隔离了客户与生产过程；另一方面它负责控制产品的生成过程。指挥者针对抽象建造者编程，客户端只需要知道具体建造者的类型，即可通过指挥者类调用建造者的相关方法，返回一个完整的产品对象。
建造者模式的主要优点在于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，符合“开闭原则”，还可以更加精细地控制产品的创建过程；

其主要缺点在于由于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，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。
建造者模式适用情况包括：
- 需要生成的产品对象有复杂的内部结构，这些产品对象通常包含多个成员属性；
- 需要生成的产品对象的属性相互依赖，需要指定其生成顺序；
- 对象的创建过程独立于创建该对象的类；
- 隔离复杂对象的创建和使用，并使得相同的创建过程可以创建不同类型的产品。

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🧢 建造者模式 Builder

1. 模式动机

2. 模式定义

3. 模式结构

4. 构造者模式解决的问题

5. 代码实例

① 产品角色 Product

② 抽象建造者 AbstractBuilder

③ 具体建造者 ConcreteBuilder

④ 指挥者 Director

⑤ 客户端

5. 总结

简介

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3. 模式结构

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