23种设计模式之建造者模式

1. 什么是建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）是 GoF 23种设计模式中对象创建型设计模式之一，其核心思想是把复杂对象的构建过程与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

2.为什么需要建造者模式

当对象的构造过程涉及多个步骤、多个可选参数或参数之间有依赖关系时，直接使用构造函数或工厂方法会导致：

• 构造函数参数列表过长（telescoping constructor 反模式）
• 可选参数组合爆炸
• 对象状态不一致的风险
• 可读性差，难以维护

3. 角色与UML

classDiagram
    class Computer {
        -cpu: String
        -ram: String
        -disk: String
        +setCpu(String)
        +setRam(String)
        +setDisk(String)
        +toString() String
    }

    class ComputerBuilder {
        #computer: Computer
        +buildCpu()* void
        +buildRam()* void
        +buildDisk()* void
        +getResult() Computer
    }

    class GamingComputerBuilder {
        +buildCpu() void
        +buildRam() void
        +buildDisk() void
    }

    class OfficeComputerBuilder {
        +buildCpu() void
        +buildRam() void
        +buildDisk() void
    }

    class Director {
        +construct(ComputerBuilder) Computer
    }

    class Client {
        +main(String[]) void
    }

    ComputerBuilder <|-- GamingComputerBuilder : extends
    ComputerBuilder <|-- OfficeComputerBuilder : extends
    ComputerBuilder --> Computer : creates/uses
    Director --> ComputerBuilder : uses
    Client --> Director : uses
    Client ..> GamingComputerBuilder : creates
    Client ..> OfficeComputerBuilder : creates

类 / 接口	模式中的角色	作用与职责
Computer	产品（Product）	被逐步装配的复杂对象；仅含 getter / setter，不感知建造过程。
ComputerBuilder	抽象建造者（Builder）	定义创建各部件的抽象接口；持有 / 返回产品实例。
GamingComputerBuilder	具体建造者（ConcreteBuilder）	实现抽象接口，给出游戏电脑各部件的具体装配算法；产出对应产品。
OfficeComputerBuilder	具体建造者（ConcreteBuilder）	实现抽象接口，给出办公电脑各部件的具体装配算法；产出对应产品。
Director	指挥者（Director）	持有抽象建造者引用，按固定顺序调用 buildXxx()，封装完整装配流程。
Client	客户端（Client）	选择具体建造者并交给 Director，最终取回完整产品；不依赖具体建造者细节。

4. Java代码示例

1、产品

public class Computer {
    private String cpu;
    private String ram;
    private String disk;

    public void setCpu(String cpu) { this.cpu = cpu; }
    public void setRam(String ram) { this.ram = ram; }
    public void setDisk(String disk) { this.disk = disk; }

    @Override
    public String toString() {
        return "Computer{cpu='" + cpu + "', ram='" + ram + "', disk='" + disk + "'}";
    }
}

2、抽象建造者

public abstract class ComputerBuilder {
    protected Computer computer = new Computer();

    public abstract void buildCpu();
    public abstract void buildRam();
    public abstract void buildDisk();

    public Computer getResult() { return computer; }
}

3、具体建造者

public class GamingComputerBuilder extends ComputerBuilder {
    public void buildCpu() { computer.setCpu("i9-13900K"); }
    public void buildRam() { computer.setRam("32GB DDR5"); }
    public void buildDisk() { computer.setDisk("2TB NVMe SSD"); }
}

public class OfficeComputerBuilder extends ComputerBuilder {
    public void buildCpu() { computer.setCpu("i5-12400"); }
    public void buildRam() { computer.setRam("16GB DDR4"); }
    public void buildDisk() { computer.setDisk("512GB SATA SSD"); }
}

4、指挥者

public class Director {
    public Computer construct(ComputerBuilder builder) {
        builder.buildCpu();
        builder.buildRam();
        builder.buildDisk();
        return builder.getResult();
    }
}

5、客户端

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Director director = new Director();

        Computer gaming = director.construct(new GamingComputerBuilder());
        Computer office = director.construct(new OfficeComputerBuilder());

        System.out.println(gaming); // Computer{cpu='i9-13900K', ram='32GB DDR5', disk='2TB NVMe SSD'}
        System.out.println(office); // Computer{cpu='i5-12400', ram='16GB DDR4', disk='512GB SATA SSD'}
    }
}

运行结果

Computer{cpu='i9-13900K', ram='32GB DDR5', disk='2TB NVMe SSD'}
Computer{cpu='i5-12400', ram='16GB DDR4', disk='512GB SATA SSD'}

5. 优缺点

维度	优点（Pros）	缺点（Cons）
复杂性	把“构建步骤”与“表示”分离，客户端无需了解装配细节，降低认知负担。	类数量翻倍（Builder+ConcreteBuilder+Director），小系统容易过度设计。
扩展性	新增产品时只加 ConcreteBuilder，符合开闭原则（OCP）。	若装配算法本身多变，Director 会变得越来越臃肿，难以复用。
复用性	同一 Director 可复用于不同 ConcreteBuilder，得到不同表示（游戏本/办公本）。	Product 必须提供可写接口（setXxx），与“不可变对象”理念冲突，需额外拷贝。
一致性	集中控制构造顺序与默认值，避免散落在各处 new 语句，保证对象完整性。	多线程场景下，Builder 状态共享需额外同步，否则可能构造出“半成品”对象。
运行时	可在运行期动态切换 ConcreteBuilder，实现“同流程、多产品”的灵活配置。	对简单对象（字段<4）来说，代码量远大于直接构造函数或静态工厂，得不偿失。

6. 典型应用

• OkHttp 连接池、拦截器、超时等复杂参数先写 Builder，真正 build() 时才生成不可变 OkHttpClient，可安全复用。
• MyBatis 解析 XML 时按顺序 parse() → eval() → 封装成 Configuration，保证 Mapper 接口与 SQL 一次性绑定成功。

一句话总结：只要 配置项多、对象要不可变、构造过程要可扩展 这三个条件同时出现时可直接采用Builder模式。