建造者模式的理念

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。

从 POJO 到建造者模式的思考

繁杂的属性地狱

public class User {

    private String name;/*名字*/
    private String gender;/*性别*/
    private String mobile;/*手机号码*/
    private String address;/*地址*/
    private String idCard;/*身份证号*/
    private String height;/*身高*/
    private String weight;/*体重*/
    private String bmi;/*体质指数*/
    private String bp;/*血压*/
    private String bg;/*血糖*/
    private String tc;/*总胆固醇*/
    private String sessionId;/*会话 id*/
    private String userId;/* 用户 id*/
    
    // 省略 getter & setter
}

对繁杂分门归类

先定义一个User的POJO类，这个类包含很多属性。这些属性可以被划分为三类：用户的基本信息，身体检测数据，登录系统后的凭据。

我们按照被划分的三类，对上述的 POJO作出一些调整以适应分为三类的思想。

public class User {

    private Basic basic;
    private BodyParam param;
    private UserAgent agent;

    // 省略 getter & setter
    public static class Basic {
        private String name;/*名字*/
        private String gender;/*性别*/
        private String mobile;/*手机号码*/
        private String address;/*地址*/
        private String idCard;/*身份证号*/

        // 省略 getter & setter
    }

    public static class BodyParam {
        private String height;/*身高*/
        private String weight;/*体重*/
        private String bmi;/*体质指数*/
        private String bp;/*血压*/
        private String bg;/*血糖*/
        private String tc;/*总胆固醇*/

        // 省略 getter & setter
    }

    public static class UserAgent {
        private String sessionId;/*会话 id*/
        private String userId;/* 用户 id*/
        // 省略 getter & setter
    }

}

观察两者的调用的区别

那么这样一个 User 的 POJO 跟 建造者模式 有什么关联呢？再正式展示建造者是如何实现时，不妨先看下若要构造 User 对象，用上面两种该如何做吧？

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // STEP A:
        UserOld oldObj = new UserOld();
        oldObj.setName("幺鹿");
        oldObj.setGender("男");
        oldObj.setMobile("18668247775");
        oldObj.setAddress("浙江杭州");
        oldObj.setBg("6.4mmHg");
        oldObj.setBp("110/75");
        oldObj.setTc("139mmol/L");
        oldObj.setHeight("172cm");
        oldObj.setWeight("64kg");
        oldObj.setBmi("18.8");
        oldObj.setIdCard("xxxxxxxxxxxxxxxxx");
        oldObj.setUserId("userId-9999");
        oldObj.setSessionId("sessionId-9999");

        // STEP B-1:
        UserNew.Basic basic = new UserNew.Basic();
        basic.setIdCard("xxxxxxxxxxxxxxxxx");
        basic.setMobile("18668247775");
        basic.setAddress("浙江杭州");
        basic.setGender("男");
        basic.setName("幺鹿");

        UserNew.UserAgent agent = new UserNew.UserAgent();
        agent.setUserId("userId-9999");
        agent.setSessionId("sessionId-9999");

        UserNew.BodyParam param = new UserNew.BodyParam();
        param.setBg("6.4mmHg");
        param.setBp("110/75");
        param.setTc("139mmol/L");
        param.setHeight("172cm");
        param.setWeight("64kg");
        param.setBmi("18.8");
        // STEP B-2:
        UserNew newObj = new UserNew();
        newObj.setAgent(agent);
        newObj.setBasic(basic);
        newObj.setParam(param);
    }
}

为了表述方便我在代码中增加了STEP的注释。

STEP A阶段：使用前者去构造 User 对象，客户端需要知道每一个属性的含义，必要时客户端甚至需要知道正确设置属性的顺序。
STEP B-1阶段：分别构建了用户的基本信息，身体检测数据，登录系统后的凭据信息，额外需要指出的是创建上述三个类型的职责可以不是客户端完成的。场景如由外部的构件工厂生产，交给客户端装配。
STEP B-2阶段：客户端组装构件。

这个例子用于形容建造者模式并不优雅（没有约束构件的顺序），但饱含建造者模式的思想。建造者模式使用简单对象，一步一步的构建出复杂的对象。

怎么实现建造者模式

建造者模式包含如下角色：

Builder：抽象建造者
ConcreteBuilder：具体建造者
Director：指挥者
Product：产品角色

建造者模式——类图

建造者模式——时序图

public class UserBuilder {

    private UserNew.Basic basic;
    private UserNew.BodyParam param;
    private UserNew.UserAgent agent;

    public UserBuilder append(UserNew.UserAgent agent) {
        this.agent = agent;
        return this;
    }

    public UserBuilder append(UserNew.BodyParam param) {
        this.param = param;
        return this;
    }

    public UserBuilder append(UserNew.Basic basic) {
        this.basic = basic;
        return this;
    }

    public UserNew build() {
        UserNew userNew = new UserNew();
        userNew.setParam(param);
        userNew.setBasic(basic);
        userNew.setAgent(agent);
        return userNew;
    }

}

// STEP C
UserNew userNew = new UserBuilder()
    .append(basic)
    .append(param)
    .append(agent)
    .build();

专门抽离了 UserBuilder 用于组装构件，它看起来就像是 POJO 分类的升级版（而事实也的确如此）。UserBuilder 可以轻松的处理部件的构造，也能应付部件构造对顺序的约束诉求。

总结建造者模式

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。

适用环境

在以下情况下可以使用建造者模式：
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。在建造者模式中引入了指挥者类，将创建过程封装在指挥者类中，而不在建造者类中。
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。