【设计模式自习室】建造者模式
前言
《设计模式自习室》系列，顾名思义，本系列文章带你温习常见的设计模式。主要内容有：
该设计模式的详细介绍，包括：
引子，意图（大白话解释）
类图，时序图（理论规范）
该模式的代码示例：熟悉它长的样子
该模式的实际使用案例：了解它在哪些重要的源码中出现过
该系列会逐步更新于我的博客和公众号（博客见文章底部）
也希望各位观众老爷能够关注我的个人公众号：后端技术漫谈，不会错过精彩好看的文章。
系列文章回顾
【设计模式自习室】开篇：为什么我们要用设计模式？
创建型：建造者模式 Builder
引子
根据中文翻译的不同，建造者模式又可以称为生成器模式，它属于创建型模式。
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。
我们常用的StringBuilder就是一个建造者模式的典型例子
意图
建造者模式(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。
类图
如果看不懂UML类图，可以先粗略浏览下该图，想深入了解的话，可以继续谷歌，深入学习：
建造者模式包含如下角色：
Builder：抽象建造者 (我们经常会看到AbstractXXXX类)
ConcreteBuilder：具体建造者
Director：指挥者
Product：产品角色
下图是建造者模式得到UML图，可以看到：
ConcreteBuilder是Builder的实现关系
Builder聚合到Director上，因为Director还可以干别的事情
时序图
时序图（Sequence Diagram）是显示对象之间交互的图，这些对象是按时间顺序排列的。时序图中显示的是参与交互的对象及其对象之间消息交互的顺序。
我们可以大致浏览下时序图，如果感兴趣的小伙伴可以去深究一下：
实现
1. 建造一个水杯
一水杯工厂要生产各式各样的水杯，无论杯子是神马造型，但都包括绳子，帽子和杯体。以此模型创建各种类型的杯子。
cup–>Product类
public class Cup {
private String string; //绳子
private String cap; //帽子
private String cupBody; //杯体
public void setString(String string) {
this.string = string;
}
public void setCap(String cap) {
this.cap = cap;
}
public void setCupBody(String cupBody) {
this.cupBody = cupBody;
}
public void show() {
System.out.println("杯子生产完毕");
}
}
Builder–>Builder类
public abstract class Builder {
protected Cup cup = new Cup();
public abstract void buildString();
public abstract void buildCap();
public abstract void buildCupBody();
public Cup getResult() {
return cup;
}
}
ClassCup–>concrateBuilder类
public class ClassCup extends Builder {
@Override
public void buildString() {
cup.setString("生产绳子...");
System.out.println("生产绳子...");
}
@Override
public void buildCap() {
cup.setCap("生产帽子...");
System.out.println("生产帽子...");
}
@Override
public void buildCupBody() {
cup.setCupBody("生产杯体...");
System.out.println("生产杯体...");
}
}
Director类
public class Director {
private Builder builder;
public Director(Builder builder) {
this.builder = builder;
}
public void create() {
builder.buildString();
builder.buildCap();
builder.buildCupBody();
builder.getResult().show();
}
public static void main(String[] args) {
Director d = new Director(new ClassCup());
d.create();
}
}
2. 编写一个简易的java.lang.StringBuilder
AbstractStringBuilder–>Builder类
public class AbstractStringBuilder {
protected char[] value;
protected int count;
public AbstractStringBuilder(int capacity) {
count = 0;
value = new char[capacity];
}
public AbstractStringBuilder append(char c) {
ensureCapacityInternal(count + 1);
value[count++] = c;
return this;
}
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minimumCapacity - value.length > 0)
expandCapacity(minimumCapacity);
}
void expandCapacity(int minimumCapacity) {
int newCapacity = value.length * 2 + 2;
if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
newCapacity = minimumCapacity;
if (newCapacity < 0) {
if (minimumCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
}
value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
}
}
StringBuilder–>concrateBuilder类
public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {
public StringBuilder() {
super(16);
}
@Override
public String toString() {
// Create a copy, don't share the array
return new String(value, 0, count);
}
}
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Client–>Director类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
final int count = 26;
for (int i = 0; i < count; i++) {
sb.append((char) ('a' + i));
}
System.out.println(sb.toString());
}
}
优缺点
优点
在建造者模式中， 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， 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象 。
可以更加精细地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。
增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合“开闭原则”。
缺点
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，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，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。
使用场景举例
JDK中使用
java.lang.StringBuilder
java.nio.ByteBuffer
java.lang.StringBuffer
java.lang.Appendable
Apache Camel builders
参考
https://blog.csdn.net/c275046758/article/details/50540789
https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F%20-%20%E7%94%9F%E6%88%90%E5%99%A8.md
https://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/creational_patterns/builder.html
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