第11章　建造者模式 11.1 变化是永恒的 又是一个周三，快要下班了，老大突然拉住我，喜滋滋地告诉我：“××公司很满意我们做的模型，又签订了一个合同，把奔驰、宝马的车辆模型都交给我们公司制作了，不过这次又额外增加了一个新需求：汽车的启动、停止、喇叭声音、引擎声音都由客户自己控制，他想什么顺序就什么顺序，这个没问题吧？” 那任务又是一个时间紧、工程量大的项目，为什么是“又”呢？因为基本上每个项目都是如此，我该怎么来完成这个任务呢？ 首先，我们分析一下需求，奔驰、宝马都是一个产品，它们有共有的属性，××公司关心的是单个模型的运行过程：奔驰模型A是先有引擎声音，然后再响喇叭；奔驰模型B是先启动起来，然后再有引擎声音，这才是××公司要关心的。那到我们老大这边呢，就是满足人家的要求，要什么顺序就立马能产生什么顺序的模型出来。我就负责把老大的要求实现出来，而且还要是批量的，也就是说××公司下单订购宝马A车模，我们老大马上就找我“生产一个这样的车模，启动完毕后，喇叭响一下”，然后我们就准备开始批量生产这些模型。由我生产出N多个奔驰和宝马车辆模型，这些车辆模型都有run()方法，但是具体到每一个模型的run()方法中间的执行任务的顺序是不同的，老大说要啥顺序，我就给啥顺序，最终客户买走后只能是既定的模型。好，需求还是比较复杂，我们先一个一个地解决，先从找一个最简单的切入点——产品类，每个车都是一个产品，如图11-1所示。  图11-1 汽车模型类图 类图比较简单，在CarModel中我们定义了一个setSequence方法，车辆模型的这几个动作要如何排布，是在这个ArrayList中定义的。然后run()方法根据sequence定义的顺序完成指定的顺序动作，与第10章介绍的模板方法模式是不是非常类似？好，我们先看CarModel源代码，如代码清单11-1所示。 代码清单11-1 车辆模型的抽象类 public abstract class CarModel {         //这个参数是各个基本方法执行的顺序      private ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>();        //模型是启动开始跑了      protected abstract void start();         //能发动，还要能停下来，那才是真本事      protected abstract void stop();          //喇叭会出声音，是滴滴叫，还是哔哔叫      protected abstract void alarm();         //引擎会轰隆隆地响，不响那是假的      protected abstract void engineBoom();            //那模型应该会跑吧，别管是人推的，还是电力驱动，总之要会跑      final public void run() {                        //循环一边，谁在前，就先执行谁              for(int i=0;i<this.sequence.size();i++){                       String actionName = this.sequence.get(i);                                        if(actionName.equalsIgnoreCase("start")){                                 this.start();  //启动汽车                       }else if(actionName.equalsIgnoreCase("stop")){                                this.stop(); //停止汽车                          }else if(actionName.equalsIgnoreCase("alarm")){                                this.alarm(); //喇叭开始叫了                        }else if(actionName.equalsIgnoreCase("engine boom")){                                                             //如果是engine boom关键字                               this.engineBoom();  //引擎开始轰鸣                        }              }                }        //把传递过来的值传递到类内      final public void setSequence(ArrayList sequence){              this.sequence = sequence;      } } CarModel的设计原理是这样的，setSequence方法是允许客户自己设置一个顺序，是要先启动响一下喇叭再跑起来，还是要先响一下喇叭再启动。对于一个具体的模型永远都固定的，但是对N多个模型就是动态的了。在子类中实现父类的基本方法，run()方法读取sequence，然后遍历sequence中的字符串，哪个字符串在先，就先执行哪个方法。 两个实现类分别实现父类的基本方法，奔驰模型如代码清单11-2所示。 代码清单11-2 奔驰模型代码 public class BenzModel extends CarModel {      protected void alarm() {              System.out.println("奔驰车的喇叭声音是这个样子的...");      }      protected void engineBoom() {              System.out.println("奔驰车的引擎是这个声音的...");      }      protected void start() {              System.out.println("奔驰车跑起来是这个样子的...");      }      protected void stop() {              System.out.println("奔驰车应该这样停车...");      } } 宝马车模型如代码清单11-3所示。 代码清单11-3 宝马模型代码 public class BMWModel extends CarModel {      protected void alarm() {              System.out.println("宝马车的喇叭声音是这个样子的...");      }      protected void engineBoom() {              System.out.println("宝马车的引擎是这个声音的...");      }      protected void start() {              System.out.println("宝马车跑起来是这个样子的...");      }      protected void stop() {              System.out.println("宝马车应该这样停车...");      } } 两个产品的实现类都完成，我们来模拟一下××公司的要求：生产一个奔驰模型，要求跑的时候，先发动引擎，然后再挂挡启动，然后停下来，不需要喇叭。这个需求很容易满足，我们增加一个场景类实现该需求，如代码清单11-4所示。 代码清单11-4 奔驰模型代码 public class Client {      public static void main(String[] args) {              /*               * 客户告诉XX公司，我要这样一个模型，然后XX公司就告诉我老大               * 说要这样一个模型，这样一个顺序，然后我就来制造               */              BenzModel benz = new BenzModel();              //存放run的顺序              ArrayList<String> sequence  = new ArrayList<String>();                               sequence.add("engine boom");  //客户要求，run的时候先发动引擎              sequence.add("start");  //启动起来              sequence.add("stop");   //开了一段就停下来                       //我们把这个顺序赋予奔驰车              benz.setSequence(sequence);              benz.run();                      } } 运行结果如下所示： 奔驰车的引擎是这个声音的... 奔驰车跑起来是这个样子的... 奔驰车应该这样停车... 看，我们组装了这样的一辆汽车，满足了××公司的需求。但是想想我们的需求，汽车的动作执行顺序是要能够随意调整的。我们只满足了一个需求，还有下一个需求呀，然后是第二个宝马模型，只要启动、停止，其他的什么都不要；第三个模型，先喇叭，然后启动，然后停止；第四个……直到把你逼疯为止，那怎么办？我们就一个一个地来写场景类满足吗？不可能了，那我们要想办法来解决这个问题，有了！我们为每种模型产品模型定义一个建造者，你要啥顺序直接告诉建造者，由建造者来建造，于是乎我们就有了如图11-2所示的类图。  图11-2 增加了建造者的汽车模型类图 增加了一个CarBuilder抽象类，由它来组装各个车模，要什么类型什么顺序的车辆模型，都由相关的子类完成。首先编写CarBuilder代码，如代码清单11-5所示。 代码清单11-5 抽象汽车组装者 public abstract class CarBuilder {      //建造一个模型，你要给我一个顺序要求，就是组装顺序      public abstract void setSequence(ArrayList<String> sequence);      //设置完毕顺序后，就可以直接拿到这个车辆模型      public abstract CarModel getCarModel(); } 很简单，每个车辆模型都要有确定的运行顺序，然后才能返回一个车辆模型。奔驰车的组装者如代码清单11-6所示。 代码清单11-6 奔驰车组装者 public class BenzBuilder extends CarBuilder {      private BenzModel benz = new BenzModel();      public CarModel getCarModel() {              return this.benz;      }      public void setSequence(ArrayList<String> sequence) {              this.benz.setSequence(sequence);      } } 非常简单实用的程序，给定一个汽车的运行顺序，然后就返回一个奔驰车，简单了很多。宝马车的组装与此相同，如代码清单11-7所示。 代码清单11-7 宝马车组装者 public class BMWBuilder extends CarBuilder {      private BMWModel bmw = new BMWModel();      public CarModel getCarModel() {              return this.bmw;      }      public void setSequence(ArrayList<String> sequence) {              this.bmw.setSequence(sequence);      } } 两个组装者都完成了，我们再来看看××公司的需求如何满足，修改一下场景类，如代码清单11-8所示。 代码清单11-8 修改后的场景类 public class Client {      public static void main(String[] args) {              /*               * 客户告诉XX公司，我要这样一个模型，然后XX公司就告诉我老大               * 说要这样一个模型，这样一个顺序，然后我就来制造               */              //存放run的顺序              ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>();              sequence.add("engine boom");  //客户要求，run时候时候先发动引擎              sequence.add("start");  //启动起来              sequence.add("stop");   //开了一段就停下来              //要一个奔驰车：              BenzBuilder benzBuilder = new BenzBuilder();              //把顺序给这个builder类，制造出这样一个车出来              benzBuilder.setSequence(sequence);              //制造出一个奔驰车              BenzModel benz = (BenzModel)benzBuilder.getCarModel();              //奔驰车跑一下看看              benz.run();                      } } 运行结果如下所示： 奔驰车的引擎是这个声音的... 奔驰车跑起来是这个样子的... 奔驰车应该这样停车... 那如果我再想要个同样顺序的宝马车呢？很简单，再次修改一下场景类，如代码清单11-9所示。 代码清单11-9 相同顺序的宝马车的场景类 public class Client {      public static void main(String[] args) {              //存放run的顺序              ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>();              sequence.add("engine boom");  //客户要求，run的时候先发动引擎              sequence.add("start");  //启动起来              sequence.add("stop");  //开了一段就停下来              //要一个奔驰车：              BenzBuilder benzBuilder = new BenzBuilder();              //把顺序给这个builder类，制造出这样一个车出来              benzBuilder.setSequence(sequence);              //制造出一个奔驰车              BenzModel benz = (BenzModel)benzBuilder.getCarModel();              //奔驰车跑一下看看              benz.run();              //按照同样的顺序，我再要一个宝马              BMWBuilder bmwBuilder = new BMWBuilder();              bmwBuilder.setSequence(sequence);              BMWModel bmw = (BMWModel)bmwBuilder.getCarModel();              bmw.run();                       } } 运行结果如下所示： 奔驰车的引擎是这个声音的... 奔驰车跑起来是这个样子的... 奔驰车应该这样停车... 宝马车的引擎是这个声音的... 宝马车跑起来是这个样子的... 宝马车应该这样停车... 看，同样运行顺序的宝马车也生产出来了，而且代码是不是比刚开始直接访问产品类（Procuct）简单了很多。我们在做项目时，经常会有一个共识：需求是无底洞，是无理性的，不可能你告诉它不增加需求就不增加，这4个过程（start、stop、alarm、engine boom）按照排列组合有很多种，××公司可以随意组合，它要什么顺序的车模我就必须生成什么顺序的车模，客户可是上帝！那我们不可能预知他们要什么顺序的模型呀，怎么办？封装一下，找一个导演，指挥各个事件的先后顺序，然后为每种顺序指定一个代码，你说一种我们立刻就给你生产处理，好方法，厉害！我们先修改一下类图，如图11-3所示。  图11-3 完整汽车模型类图 类图看着复杂了，但还是比较简单，我们增加了一个Director类，负责按照指定的顺序生产模型，其中方法说明如下： ● getABenzModel方法 组建出A型号的奔驰车辆模型，其过程为只有启动（start）、停止（stop）方法，其他的引擎声音、喇叭都没有。 ● getBBenzModel方法 组建出B型号的奔驰车，其过程为先发动引擎（engine boom），然后启动，再然后停车，没有喇叭。 ● getCBMWModel方法 组建出C型号的宝马车，其过程为先喇叭叫一下（alarm），然后启动，再然后是停车，引擎不轰鸣。 ● getDBMWModel方法 组建出D型号的宝马车，其过程就一个启动，然后一路跑到黑，永动机，没有停止方法，没有喇叭，没有引擎轰鸣。 其他的E型号、F型号……可以有很多，启动、停止、喇叭、引擎轰鸣这4个方法在这个类中可以随意地自由组合。Director类如代码清单11-10所示。 代码清单11-10 导演类 public class Director {      private ArrayList<String> sequence = new ArrayList();      private BenzBuilder benzBuilder = new BenzBuilder();      private BMWBuilder bmwBuilder = new BMWBuilder();      /*       * A类型的奔驰车模型，先start，然后stop，其他什么引擎、喇叭一概没有       */      public BenzModel getABenzModel(){              //清理场景，这里是一些初级程序员不注意的地方              this.sequence.clear();              //ABenzModel的执行顺序              this.sequence.add("start");              this.sequence.add("stop");              //按照顺序返回一个奔驰车              this.benzBuilder.setSequence(this.sequence);              return (BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel();      }      /*       * B型号的奔驰车模型，是先发动引擎，然后启动，然后停止，没有喇叭       */      public BenzModel getBBenzModel(){              this.sequence.clear();              this.sequence.add("engine boom");              this.sequence.add("start");              this.sequence.add("stop");              this.benzBuilder.setSequence(this.sequence);              return (BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel();      }      /*       * C型号的宝马车是先按下喇叭（炫耀嘛），然后启动，然后停止       */      public BMWModel getCBMWModel(){              this.sequence.clear();              this.sequence.add("alarm");              this.sequence.add("start");              this.sequence.add("stop");              this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence);              return (BMWModel)this.bmwBuilder.getCarModel();      }      /*       * D类型的宝马车只有一个功能，就是跑，启动起来就跑，永远不停止       */      public BMWModel getDBMWModel(){              this.sequence.clear();              this.sequence.add("start");              this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence);              return (BMWModel)this.benzBuilder.getCarModel();      }      /*       * 这里还可以有很多方法，你可以先停止，然后再启动，或者一直停着不动，静态的嘛       * 导演类嘛，按照什么顺序是导演说了算       */ } 顺便说一下，大家看一下程序中有很多this调用。这个我一般是这样要求项目组成员的，如果你要调用类中的成员变量或方法，需要在前面加上this关键字，不加也能正常地跑起来，但是不清晰，加上this关键字，我就是要调用本类中的成员变量或方法，而不是本方法中的一个变量。还有super方法也是一样，是调用父类的成员变量或者方法，那就加上这个关键字，不要省略，这要靠约束，还有就是程序员的自觉性，他要是死不悔改，那咱也没招。 注意　上面每个方法都有一个this.sequence.clear()，估计你一看就明白。但是作为一个系统分析师或是技术经理一定要告诉项目成员，ArrayList和HashMap如果定义成类的成员变量，那你在方法中的调用一定要做一个clear的动作，以防止数据混乱。如果你发生过一次类似问题的话，比如ArrayList中出现一个“出乎意料”的数据，而你又花费了几个通宵才解决这个问题，那你会有很深刻的印象。 有了这样一个导演类后，我们的场景类就更容易处理了，××公司要A类型的奔驰车1万辆，B类型的奔驰车100万辆，C类型的宝马车1000万辆，D类型的不需要，非常容易处理，如代码清单11-11所示。 代码清单11-11 导演类 public class Client {      public static void main(String[] args) {              Director director = new Director();                              //1万辆A类型的奔驰车              for(int i=0;i<10000;i++){                      director.getABenzModel().run();              }                        //100万辆B类型的奔驰车              for(int i=0;i<1000000;i++){                      director.getBBenzModel().run();              }                        //1000万辆C类型的宝马车              for(int i=0;i<10000000;i++){                      director.getCBMWModel().run();              }      } } 清晰、简单吧，我们写程序重构的最终目的就是：简单、清晰。代码是让人看的，不是写完就完事了，我一直在教育我带的团队成员，Java程序不是像我们前辈写二进制代码、汇编一样，写完基本上就自己能看懂，别人看就跟看天书一样，现在的高级语言，要像写中文汉字一样，你写的，别人能看懂。这就是建造者模式。