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:“牛叉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?”

      看着老大殷切的目光，我还能说啥？非常肯定地点头，“没问题！”，加班加点做呗，“再苦再累就当自己二百五！再难再险就当自己二皮脸！与君共勉！”这句话说出了俺的心声。

      那任务是接下来，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，他们有共有的属性，牛叉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，这才是牛叉公司要关心的，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，也就是说牛叉公司下单订购宝马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，这些车辆模型的都有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，我们先一个一个的解决，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，与我们上一章节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，那还要能停下来，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(); //开启汽车 

}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<String> 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("奔驰车的引擎室这个声音的..."); 

} 

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("宝马车的引擎室这个声音的..."); 

} 

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，我们来模拟一下牛叉公司的要求：生产1件奔驰模型，要求跑的时候，先发动引擎，然后再挂档启动，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 宝马模型代码

public class Client { 

public static void main(String[] args) { 

/* 

* 客户告诉牛叉公司，我要这样一个模型，然后牛叉公司就告诉我老大 

* 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，满足了牛叉公司的需求了。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，还要下一个需求呀，然后是第2件宝马模型，只要启动、停止，其他的什么都不要，第3件模型，先喇叭，然后启动，然后停止，第4件...直到把你逼疯为止，那怎么办？我们就一个一个的来写场景类满足吗？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，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，我们再来看看牛叉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) { 

/* 

* 客户告诉牛叉公司，我要这样一个模型，然后牛叉公司就告诉我老大 

* 说要这样一个模型，这样一个顺序，然后我就来制造 

*/ 

ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>(); //存放run的顺序 

sequence.add("engine boom"); //客户要求，run的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) { 

ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>(); //存放run的顺序 

sequence.add("engine boom"); //客户要求，run的时候时候先发动引擎 

sequence.add("start"); //启动起来 

sequence.add("stop"); //开了一段就挺下来 

//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，这四个过程（start、stop、alarm、engineBoom）按照排列组合有很多种，牛叉公司可以随意组合，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！我们先修正一下类图，如图11-3所示。

图11-3 完整汽车模型类图

      类图看着复杂了，但是还是比较简单，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(star),再然后停车(stop),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（start）,再然后是停车(stop)，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(start)，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……等等，可以有很多，启动(start)、停止(stop)、喇叭(alarm)、引擎轰鸣(engine boom)这四个方法在这个类中可以随意的自由组合，有几种呢？好像是排列组合，这个不会算，高中数学没学好，反正有很多种了，都可以实现。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,其他什么引擎了，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(); 

//这只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，牛叉 

*/ 

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，不加也能正常的跑起来，但是不清晰，加上this关键字，我就是要调用本类中成员变量或方法，而不是本方法的中的一个变量，还有super方法也是一样，是调用父类的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 上面每个方法都一个this.sequence.clear()，这个估计你一看就明白，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，那你在方法中调用一定要做一个clear的动作，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，牛叉公司要A类型的奔驰车1W辆，B类型的奔驰车100W辆，C类型的宝马车1000W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(); 

//1W辆A类型的奔驰车 

for(int i=0;i<10000;i++){ 

director.getABenzModel().run(); 

} 

//100W辆B类型的奔驰车 

for(int i=0;i<1000000;i++){ 

director.getBBenzModel().run(); 

} 

//1000W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，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。

11.2 建造者模式的定义

      建造者模式(Builder Pattern)也叫做生成器模式，其定义如下：

      Separate the construction of a complex object from its representation so that the same construction process can create different representations. 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。

      建造者模式的通用类图如图11-4所示。

图11-4 建造者模式通用类图

      在建造者模式中，有如下四个角色：

• Product 产品类

      通常是实现了模板方法模式，也就是有模板方法和基本方法，这个参考上一章节的模板方法模式。在例子中，BenzModel和BMWModel就属于产品类。

• Builder 抽象建造者

      规范产品的组建，一般是由子类实现。在例子中，CarBuilder属于抽象建造者。

• ConcreteBuilder 具体建造者

      实现抽象类定义的所有方法，并且返回一个组件好的对象。在例子中，BenzBuilder和BMWBuilder就属于具体建造者。

• Director 导演

      负责安排已有模块的顺序，然后告诉Builder开始建造，在上面的例子中就是我们的老大，牛叉公司找到老大，说我要这个，这个，那个类型的车辆模型，然后老大就把命令传递给我，我和我的团队就开始拼命的建造，于是一个项目建设完毕了。

      建造者模式的通用源代码也比较简单，先看Product类，通常它是一个组合或继承（如模板方法模式）产生的类，如代码清单11-12所示。

代码清单11-12 产品类

public class Product { 

public void doSomething(){ 

//独立业务处理 

} 

} 

      抽象建造者如代码清单11-13所示。

代码清单11-13 抽象建造者

public abstract class Builder { 

//设置产品的不同部分，以获得不同的产品 

public abstract void setPart(); 

//建造产品 

public abstract Product buildProduct(); 

} 

      其中，setPart方法是零件的配置，什么是零件？其他的对象，获得一个不同零件，或者不同的装配顺序就可能产生不同的产品。具体的建造者如代码清单11-14所示。

代码清单11-14 具体建造者

public class ConcreteProduct extends Builder { 

private Product product = new Product(); 

//设置产品零件 

public void setPart(){ 

/* 

* 产品类内的逻辑处理 

*/ 

} 

//组建一个产品 

public Product buildProduct() { 

return product; 

} 

} 

      需要注意的是，如果有多个产品类就有几个具体的建造者，而且这多个产品类具有相同接口或抽象类，参考我们上面的例子。

导演类如代码清单11-15所示。

代码清单11-15 导演类

public class Director { 

private Builder builder = new ConcreteProduct(); 

//构建不同的产品 

public Product getAProduct(){ 

builder.setPart(); 

/* 

* 设置不同的零件，产生不同的产品 

*/ 

return builder.buildProduct(); 

} 

} 

      导演类就是起到封装的作用，避免高层模块深入到建造者内部的实现类。当然，在建造者模式比较庞大时，导演类可以有多个。

11.3 建造者模式的应用

      1. 建造者模式的优点

• 封装性

      使用建造者模式可以使客户端不必知道产品内部组成的细节，如例子中我们就不需要关心每一个具体的模型内部是如何实现的，产生的对象类型就是CarModel。

• 建造者独立，容易扩展

      BenzBuilder和BMWBuilder是相互独立的，对系统的扩展非常有利。

• 便于控制细节风险

      由于具体的建造者是独立的，因此可以对建造过程逐步细化，而不对其他的模块产生任何影响。

      2. 建造者模式的使用场景

• 相同的方法，不同的执行顺序，产生不同的事件结果时，可以采用建造者模式。
• 多个部件或零件,都可以装配到一个对象中，但是产生的运行结果又不相同时，则可以使用该模式。
• 产品类非常复杂，或者产品类中的调用顺序不同产生了不同的效能，这个时候使用建造者模式是非常合适。
• 在对象创建过程中会使用到系统中的一些其它对象，这些对象在产品对象的创建过程中不易得到时，也可以采用建造者模式封装该对象的创建过程。该种场景，只能是一个补偿方法，因为一个对象不容易获得，而在设计阶段竟然没有发觉，而要通过创建者模式柔化创建过程，本身已经违反设计最初目标。

      3. 建造者模式的注意事项

      建造者模式关注的是的零件类型和装配工艺（顺序），这是它与工厂方法模式最大不同的地方，虽然同为创建类模式，但是注重点不同。

11.4 建造者模式的扩展

      已经不用扩展了，因为我们在汽车模型制造的例子中已经对建造者模式进行了扩展，引入了模板方法模式，可能大家会比较疑惑，为什么在其他介绍设计模式的书籍上创建者模式并不是这样说的，读者请注意，建造者模式中还有一个角色没有说明，就是零件，建造者怎么去建造一个对象？是零件的组装，组装顺序不同对象效能也不同，这才是建造者模式要表达的核心意义，而怎么才能更好的达到这种效果呢？引入模板方法模式是一个非常简单而有效的办法。

      大家看到这里估计就开始犯嘀咕了，这个建造者模式和工厂模式非常相似呀，Yes，是的，是非常相似，但是记住一点你就可以游刃有余的使用了：建造者模式最主要功能是基本方法的调用顺序安排，也就是这些基本方法已经实现了，通俗的说就是零件的装配，顺序不同产生的对象也不同；而工厂方法则重点是创建，创建零件时它的主要职责，你要什么对象我创造一个对象出来，组装顺序则不是他关心的。

11.5 最佳实践

      再次说明，在使用建造者模式的时候考虑一下模板方法模式，别孤立的思考一个模式，僵化的套用一个模式会让受害无穷！

如果你已经看懂本章节举的例子，并认可这种建造者模式，那你就放心使用，比单独使用某些书上的纯建造者是高效、简洁得多。