揭秘分布式文件系统大规模元数据管理机制——以Alluxio文件系统为例

作者主页：Designer 小郑
作者简介：3年JAVA全栈开发经验，专注JAVA技术、系统定制、远程指导，致力于企业数字化转型，CSDN博客专家，蓝桥云课认证讲师。

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一、什么是建造者模式

建造者模式是一种创建型设计模式，它将对象的构建过程与其表示分离，以便于相同的构建过程可以创建不同的表示。

建造者模式的主要思想是将一个复杂对象的构建过程分离成多个简单的对象构建步骤，并通过一个指导者来控制这些构建步骤的顺序和方式。这样可以灵活地创建不同的对象表示，而无需改变构建过程的逻辑。

建造者模式通常由以下 $4$ 个角色组成。

• 产品（Product）：需要被构建的复杂对象，包含多个部分或属性。
• 抽象建造者（Builder）：定义了构建产品的抽象方法，并且通常包含获取最终产品的方法。
• 具体建造者（Concrete Builder）：实现了抽象建造者接口，定义了具体的构建步骤和逻辑。
• 指导者（Director）：负责控制建造过程的顺序和方式，最终返回构建好的产品。

建造者模式的优点包括以下 $3$ 点，请同学们认真学习。

• 可以对构建过程进行精细控制，灵活性较高。
• 可以将复杂对象的构建过程与其表示分离，使得代码更加可读、可维护。
• 可以重复使用相同的构建过程来创建不同的对象表示。

建造者模式的应用场景包括以下两点。

• 需要创建复杂对象，且对象的构建过程与其表示相对独立。
• 需要创建不同表示的对象，但使用相同的构建过程。

建造者模式通过将复杂对象的构建过程分解为多个简单的构建步骤，使得构建过程灵活可控，同时可以创建不同的对象表示。它是一种优秀的创建型设计模式，在许多场景下都有着广泛应用。

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二、建造者模式实例

当我们使用建造者模式创建一个简单的汽车对象时，可以按照如下方式实现，请同学们复制到本地执行。

// 产品类：汽车
class Car {
    private String brand;
    private String color;
    private int wheels;
    
    public void setBrand(String brand) {
        this.brand = brand;
    }
    
    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }
    
    public void setWheels(int wheels) {
        this.wheels = wheels;
    }
    
    public void showInfo() {
        System.out.println("Car brand: " + brand);
        System.out.println("Car color: " + color);
        System.out.println("Number of wheels: " + wheels);
    }
}

// 抽象建造者类
abstract class CarBuilder {
    protected Car car;
    
    public Car getCar() {
        return car;
    }
    
    public abstract void buildBrand();
    
    public abstract void buildColor();
    
    public abstract void buildWheels();
}

// 具体建造者类：SUV汽车建造者
class SuvCarBuilder extends CarBuilder {
    public SuvCarBuilder() {
        car = new Car();
    }
    
    public void buildBrand() {
        car.setBrand("SUV");
    }
    
    public void buildColor() {
        car.setColor("Black");
    }
    
    public void buildWheels() {
        car.setWheels(4);
    }
}

// 具体建造者类：跑车建造者
class SportsCarBuilder extends CarBuilder {
    public SportsCarBuilder() {
        car = new Car();
    }
    
    public void buildBrand() {
        car.setBrand("Sports Car");
    }
    
    public void buildColor() {
        car.setColor("Red");
    }
    
    public void buildWheels() {
        car.setWheels(4);
    }
}

// 指导者类：负责控制建造过程
class CarDirector {
    private CarBuilder carBuilder;
    
    public void setCarBuilder(CarBuilder carBuilder) {
        this.carBuilder = carBuilder;
    }
    
    public Car getCar() {
        return carBuilder.getCar();
    }
    
    public void constructCar() {
        carBuilder.buildBrand();
        carBuilder.buildColor();
        carBuilder.buildWheels();
    }
}

// 客户端类
public class BuilderPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        CarDirector director = new CarDirector();
        
        CarBuilder suvBuilder = new SuvCarBuilder();
        director.setCarBuilder(suvBuilder);
        director.constructCar();
        Car suvCar = director.getCar();
        suvCar.showInfo();
        
        CarBuilder sportsCarBuilder = new SportsCarBuilder();
        director.setCarBuilder(sportsCarBuilder);
        director.constructCar();
        Car sportsCar = director.getCar();
        sportsCar.showInfo();
    }
}
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在上面的代码中，我们定义了一个产品类Car，它具有品牌、颜色和轮子数量属性，以及展示信息的方法。然后，我们定义了抽象建造者类 CarBuilder，包含了构建汽车品牌、颜色和轮子数量的抽象方法。

接着，我们创建了两个具体建造者类 SuvCarBuilder 和 SportsCarBuilder，分别实现了抽象建造者类的方法来创建不同类型的汽车。

最后，我们定义了一个指导者类 CarDirector，负责控制建造过程，并提供获取构建好的汽车对象的方法。在客户端代码中，我们使用指导者类来指定具体的建造者对象，并进行构建过程，最终得到构建好的汽车对象，并展示其信息。

这个示例展示了建造者模式的实现，根据不同的建造者，可以构建不同类型的汽车对象，而无需直接调用构造函数或设置每个属性。这种方式可以提高代码的可读性和可维护性，同时允许我们灵活地控制构建过程。

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三、建造者模式的应用场景

建造者模式适用于以下 $5$ 个应用场景，请同学们认真学习。

1. 创建复杂对象：当需要创建一个复杂对象，并且该对象的构建过程涉及多个步骤和组件时，可以使用建造者模式。通过将构建过程分解为多个步骤，每个步骤由具体的建造者负责实现，可以使得对象的构建过程更加清晰和可控。
2. 创建多个相似对象：当需要创建多个具有相同构建过程但具有不同表示的对象时，可以使用建造者模式。通过在同一个构建过程下，使用不同的具体建造者，可以创建多个不同的对象表示。
3. 隐藏对象的构建细节：当需要隐藏对象的构建细节，使得客户端代码与具体构建过程解耦时，可以使用建造者模式。客户端只需关注指导者类和抽象建造者类，不需要知道具体的构建过程和实现细节。
4. 构建过程灵活可变：当对象的构建过程需要根据不同的需求进行灵活变化时，可以使用建造者模式。通过定义不同的具体建造者，可以根据不同的需求选择合适的建造者，从而构建出不同的对象。
5. 代码的可读性和可维护性要求较高：当需要编写易于阅读和维护的代码时，可以使用建造者模式。通过将复杂的构建过程封装在具体建造者中，使得客户端代码更加简洁和易于理解。

总的来说，建造者模式适用于需要创建复杂对象、隐藏构建细节、灵活变化构建过程、创建多个相似对象以及提高代码可读性和可维护性的场景。

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四、建造者模式面试题

1. 什么是建造者模式？它的作用是什么？
2. 建造者模式与工厂模式有什么区别？
3. Builder模式中的角色有哪些？
4. 建造者模式的优点是什么？
5. 如何实现一个简单的建造者模式？
6. 建造者模式的适用场景是什么？
7. 建造者模式有什么缺点或限制？
8. 如何在建造者模式中实现可选参数？
9. 如何在建造者模式中处理依赖关系？
10. 建造者模式和装饰者模式之间有什么区别？

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