builder

建造者 Builder

✨模式类型✨✨	✨✨难度✨ ✨	✨✨实用性✨✨	✨✨重要程度✨✨	✨✨经典性✨✨	✨✨历史性✨
创造型模式	★★ ⬇️	★★★★ ⬆️	★★★★★ ⬆️	💚 ⬆️	💚 ⬆️

概念

建造者模式（Builder Pattern）将一个复杂对象的构建（setter）与它的表现（getter）分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。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。建造者模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象， Builder 类是独立于其他对象的。

在软件开发中，也存在极其复杂的对象，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。

用途

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。

主要解决在软件系统中的“复杂对象”的创建工作，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。

复杂对象简单化：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目的。

建造者模式可以让对象的构造函数变得简单，也许之前构造函数非常臃肿，并且代码的可读性和可靠性大大降低。为了简化构造函数，让构造函数简单，将使用“反可伸缩构造方法模式”。

模式架构

建造者模式利用Builder将构造对象的方法简单化，将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的Product对象。

Builder对象中定义了产品的创建方法和返回方法；Product是一个具有私有构造函数的对象，不能通过外部直接实例化，只能通过Builder进行获取。

在客户端代码中，无须关心产品对象的具体组装过程，只需确定具体建造者的类型即可，建造者模式将复杂对象的构建与对象的表现分离开来，这样使得同样的构建过程可以创建出不同的表现。

参与角色对象

• Product：产品角色，需要描述的产品对象，具有极其复杂的属性或构造参数
• Builder：抽象建造者，将Product的构造简单化，利用语法糖的形式进行构建Product对象。

UML关系图

优点与缺点

• 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”。
  • 让对象的构造函数变得简单，并且提高代码的可读性和可靠性
  • 建造者独立、易扩展，便于控制细节风险
  • 可以在构造对象时进行数据校验，在源头杜绝错误的赋值

• 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。
  • 如内部变化复杂，会有很多的建造类。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。

代码实现

建造者的实现要点如下：

• 需要定义产品对象，该对象具备无参或有参的私有构造，构造参数接收 Builder 对象，不允许外部实例化
• 提供获取（getter）对象实体属性的方法
• 创建 Builder 对象，提供构建 Builder 对象的方法，接着提供设置和返回 产品对象的方法
• 在返回产品对象时，适用于快速失败，在 build 时可以做校验，如果不满足必要条件，则可以直接抛出创建异常

示例参考

• 建造者

应用场景

• 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。在建造者模式中，将创建过程封装在建造者类中。
• 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的产品。
• 当可能存在多种对象并避免构造函数伸缩时。与工厂模式的主要区别在于：当创建是一步过程时，将使用工厂模式，而当创建是多步骤过程时，将使用构建器模式。

应用实例参考

JavaSDK

• java.lang.StringBuilder#append()
• java.lang.StringBuffer#append()
• java.sql.PreparedStatement
• javax.swing.GroupLayout.Group#addComponent()
• java.lang.Appendable

GoSDK

PythonSDK

JavaScript Libs

总结

• 建造者模式将一个复杂对象的构建（setter）与它的表现（getter）分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象， Builder 类是独立于其他对象的。

• 复杂对象简单化：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。

• 建造者模式可以让对象的构造函数变得简单，也许之前构造函数非常臃肿，并且代码的可读性和可靠性大大降低。为了简化构造函数，让构造函数简单，将使用“反可伸缩构造方法模式”。

• 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。

• 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”。

• 让对象的构造函数变得简单，并且提高代码的可读性和可靠性

• 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。

• 建造者模式适用于：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；隔离复杂对象的创建和使用；当可能存在多种对象并避免构造函数伸缩时。