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建造者模式完整指南：從核心角色到與工廠模式的關係辨析

編輯：Java 綜合教學

模式定義

建造者模式將**複雜物件的建構過程**與其**表示**分離，使相同建構過程可創建不同表示。核心思想：**分步驟建構、導演者協調、建造者實作細節**。

四大核心角色

建造者模式 UML

代碼實戰：汽車製造

// Product
class Car {
    private String engine, wheels, color;
    public void setEngine(String e) { engine = e; }
    public void setWheels(String w) { wheels = w; }
    public void setColor(String c) { color = c; }
    @Override public String toString() { return "Car[engine=" + engine + ", wheels=" + wheels + ", color=" + color + "]"; }
}

// Builder
abstract class CarBuilder {
    protected Car car = new Car();
    public abstract void buildEngine();
    public abstract void buildWheels();
    public abstract void buildColor();
    public Car getCar() { return car; }
}

// ConcreteBuilder
class BMWBuilder extends CarBuilder {
    public void buildEngine() { car.setEngine("V8"); }
    public void buildWheels() { car.setWheels("19 inch"); }
    public void buildColor() { car.setColor("Black"); }
}
class AudiBuilder extends CarBuilder {
    public void buildEngine() { car.setEngine("V6"); }
    public void buildWheels() { car.setWheels("18 inch"); }
    public void buildColor() { car.setColor("White"); }
}

// Director
class CarDirector {
    private CarBuilder builder;
    public CarDirector(CarBuilder b) { this.builder = b; }
    public Car construct() {
        builder.buildEngine();
        builder.buildWheels();
        builder.buildColor();
        return builder.getCar();
    }
}

// Client
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        CarDirector director = new CarDirector(new BMWBuilder());
        Car bmw = director.construct();
        System.out.println(bmw); // Car[engine=V8, wheels=19 inch, color=Black]
    }
}

適用場景

產品內部結構複雜 (多部件、巢狀物件)
部件間有依賴順序 (須分步驟建構)
建構過程需對外隱藏細節
相同建構流程產出不同表示 (如不同品牌車、不同格式文檔)

優勢總結

封裝性佳：建構細節封裝在 Builder，Director 僅知順序
擴展性強：新增產品只需新增 ConcreteBuilder，符合開閉原則
精細控制：可逐步驗證、記錄、回滾建構步驟
單一職責：導演者管流程、建造者管細節、產品管資料

建造者 vs 工廠模式：關鍵差異

角色	職責	典型形式
Director (導演者)	協調建構順序，調用建造者介面組裝產品	具體類，含建構邏輯
Builder (抽象建造者)	定義建構步驟介面 (建造部件、返回產品)	介面/抽象類
ConcreteBuilder (具體建造者)	實作具體建構細節，維護產品實例	具體類
Product (產品)	複雜物件，含多個部件	具體類

維度	建造者模式	工廠模式 (簡單/抽象)
核心關注	建構過程 (步驟、順序、細節)	創建結果 (一次性返回完整物件)
適用複雜度	高 (多部件、依賴順序)	低/中 (單一物件或同族物件)
客戶端參與度	低 (只呼叫 Director)	中 (選擇具體工廠/參數)
不可變物件支援	極佳 (可配合 Builder 模式鏈式調用)	一般
典型場景	StringBuilder、HttpClient.Builder、Lombok @Builder	集合工廠、JDBC DriverManager

現代變體：鏈式 Builder (Lombok @Builder 風格)

public class User {
    private final String name;
    private final int age;
    private final String email;
    
    private User(Builder b) {
        this.name = b.name; this.age = b.age; this.email = b.email;
    }
    
    public static class Builder {
        private String name; private int age; private String email;
        public Builder name(String n) { name = n; return this; }
        public Builder age(int a) { age = a; return this; }
        public Builder email(String e) { email = e; return this; }
        public User build() { return new User(this); }
    }
}

// 使用
User u = new User.Builder().name("Alex").age(25).email("a@b.com").build();

此變體無 Director，Builder 直接暴露鏈式 API，更適合現代流式 API 設計。