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
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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;
}
}
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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
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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..."
);
}
}
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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
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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..."
);
}
}
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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
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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
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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();
}
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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
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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);
}
}
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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
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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);
}
}
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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
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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();
}
}
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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
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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();
}
}
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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
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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
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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
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public
class
Product {
public
void
doSomething(){
//独立业务处理
}
}
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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
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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();
}
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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
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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;
}
}
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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
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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();
}
}
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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。