第11章　建造者模式 11.1 變化是永恒的 又是一個周三，快要下班了，老大突然拉住我，喜滋滋地告訴我：“××公司很滿意我們做的模型，又簽訂了一個合同，把奔馳、寶馬的車輛模型都交給我們公司制作了，不過這次又額外增加了一個新需求：汽車的啟動、停止、喇叭聲音、引擎聲音都由客戶自己控制，他想什么順序就什么順序，這個沒問題吧？” 那任務又是一個時間緊、工程量大的項目，為什么是“又”呢？因為基本上每個項目都是如此，我該怎么來完成這個任務呢？ 首先，我們分析一下需求，奔馳、寶馬都是一個產品，它們有共有的屬性，××公司關心的是單個模型的運行過程：奔馳模型A是先有引擎聲音，然后再響喇叭；奔馳模型B是先啟動起來，然后再有引擎聲音，這才是××公司要關心的。那到我們老大這邊呢，就是滿足人家的要求，要什么順序就立馬能產生什么順序的模型出來。我就負責把老大的要求實現出來，而且還要是批量的，也就是說××公司下單訂購寶馬A車模，我們老大馬上就找我“生產一個這樣的車模，啟動完畢后，喇叭響一下”，然后我們就準備開始批量生產這些模型。由我生產出N多個奔馳和寶馬車輛模型，這些車輛模型都有run()方法，但是具體到每一個模型的run()方法中間的執行任務的順序是不同的，老大說要啥順序，我就給啥順序，最終客戶買走后只能是既定的模型。好，需求還是比較復雜，我們先一個一個地解決，先從找一個最簡單的切入點——產品類，每個車都是一個產品，如圖11-1所示。  圖11-1 汽車模型類圖 類圖比較簡單，在CarModel中我們定義了一個setSequence方法，車輛模型的這幾個動作要如何排布，是在這個ArrayList中定義的。然后run()方法根據sequence定義的順序完成指定的順序動作，與第10章介紹的模板方法模式是不是非常類似？好，我們先看CarModel源代碼，如代碼清單11-1所示。 代碼清單11-1 車輛模型的抽象類 public?abstract?class?CarModel?{??? ?????//這個參數是各個基本方法執行的順序 ?????private?ArrayList<String>?sequence?=?new?ArrayList<String>();?? ?????//模型是啟動開始跑了 ?????protected?abstract?void?start();??? ?????//能發動，還要能停下來，那才是真本事 ?????protected?abstract?void?stop();???? ?????//喇叭會出聲音，是滴滴叫，還是嗶嗶叫 ?????protected?abstract?void?alarm();??? ?????//引擎會轟隆隆地響，不響那是假的 ?????protected?abstract?void?engineBoom();?????? ?????//那模型應該會跑吧，別管是人推的，還是電力驅動，總之要會跑 ?????final?public?void?run()?{?????????? ?????????????//循環一邊，誰在前，就先執行誰 ?????????????for(int?i=0;i<this.sequence.size();i++){ ??????????????????????String?actionName?=?this.sequence.get(i);????????????????? ??????????????????????if(actionName.equalsIgnoreCase("start")){?? ??????????????????????????????this.start();??//啟動汽車 ??????????????????????}else?if(actionName.equalsIgnoreCase("stop")){? ??????????????????????????????this.stop();?//停止汽車??? ??????????????????????}else?if(actionName.equalsIgnoreCase("alarm")){? ??????????????????????????????this.alarm();?//喇叭開始叫了 ???????????????????????}else?if(actionName.equalsIgnoreCase("engine?boom")){ ????????????????????????????????????????????????????????????//如果是engine?boom關鍵字 ??????????????????????????????this.engineBoom();??//引擎開始轟鳴 ???????????????????????} ?????????????}?????????? ?????}?? ?????//把傳遞過來的值傳遞到類內 ?????final?public?void?setSequence(ArrayList?sequence){ ?????????????this.sequence?=?sequence; ?????} } CarModel的設計原理是這樣的，setSequence方法是允許客戶自己設置一個順序，是要先啟動響一下喇叭再跑起來，還是要先響一下喇叭再啟動。對于一個具體的模型永遠都固定的，但是對N多個模型就是動態的了。在子類中實現父類的基本方法，run()方法讀取sequence，然后遍歷sequence中的字符串，哪個字符串在先，就先執行哪個方法。 兩個實現類分別實現父類的基本方法，奔馳模型如代碼清單11-2所示。 代碼清單11-2 奔馳模型代碼 public?class?BenzModel?extends?CarModel?{ ?????protected?void?alarm()?{ ?????????????System.out.println("奔馳車的喇叭聲音是這個樣子的..."); ?????} ?????protected?void?engineBoom()?{ ?????????????System.out.println("奔馳車的引擎是這個聲音的..."); ?????} ?????protected?void?start()?{ ?????????????System.out.println("奔馳車跑起來是這個樣子的..."); ?????} ?????protected?void?stop()?{ ?????????????System.out.println("奔馳車應該這樣停車..."); ?????} } 寶馬車模型如代碼清單11-3所示。 代碼清單11-3 寶馬模型代碼 public?class?BMWModel?extends?CarModel?{ ?????protected?void?alarm()?{ ?????????????System.out.println("寶馬車的喇叭聲音是這個樣子的..."); ?????} ?????protected?void?engineBoom()?{ ?????????????System.out.println("寶馬車的引擎是這個聲音的..."); ?????} ?????protected?void?start()?{ ?????????????System.out.println("寶馬車跑起來是這個樣子的..."); ?????} ?????protected?void?stop()?{ ?????????????System.out.println("寶馬車應該這樣停車..."); ?????} } 兩個產品的實現類都完成，我們來模擬一下××公司的要求：生產一個奔馳模型，要求跑的時候，先發動引擎，然后再掛擋啟動，然后停下來，不需要喇叭。這個需求很容易滿足，我們增加一個場景類實現該需求，如代碼清單11-4所示。 代碼清單11-4 奔馳模型代碼 public?class?Client?{ ?????public?static?void?main(String[]?args)?{ ?????????????/* ??????????????*?客戶告訴XX公司，我要這樣一個模型，然后XX公司就告訴我老大 ??????????????*?說要這樣一個模型，這樣一個順序，然后我就來制造 ??????????????*/ ?????????????BenzModel?benz?=?new?BenzModel(); ?????????????//存放run的順序 ?????????????ArrayList<String>?sequence??=?new?ArrayList<String>();????????????????? ?????????????sequence.add("engine?boom");??//客戶要求，run的時候先發動引擎 ?????????????sequence.add("start");??//啟動起來 ?????????????sequence.add("stop");???//開了一段就停下來????????? ?????????????//我們把這個順序賦予奔馳車 ?????????????benz.setSequence(sequence); ?????????????benz.run();???????????????? ?????} } 運行結果如下所示： 奔馳車的引擎是這個聲音的... 奔馳車跑起來是這個樣子的... 奔馳車應該這樣停車... 看，我們組裝了這樣的一輛汽車，滿足了××公司的需求。但是想想我們的需求，汽車的動作執行順序是要能夠隨意調整的。我們只滿足了一個需求，還有下一個需求呀，然后是第二個寶馬模型，只要啟動、停止，其他的什么都不要；第三個模型，先喇叭，然后啟動，然后停止；第四個……直到把你逼瘋為止，那怎么辦？我們就一個一個地來寫場景類滿足嗎？不可能了，那我們要想辦法來解決這個問題，有了！我們為每種模型產品模型定義一個建造者，你要啥順序直接告訴建造者，由建造者來建造，于是乎我們就有了如圖11-2所示的類圖。  圖11-2 增加了建造者的汽車模型類圖 增加了一個CarBuilder抽象類，由它來組裝各個車模，要什么類型什么順序的車輛模型，都由相關的子類完成。首先編寫CarBuilder代碼，如代碼清單11-5所示。 代碼清單11-5 抽象汽車組裝者 public?abstract?class?CarBuilder?{ ?????//建造一個模型，你要給我一個順序要求，就是組裝順序 ?????public?abstract?void?setSequence(ArrayList<String>?sequence); ?????//設置完畢順序后，就可以直接拿到這個車輛模型 ?????public?abstract?CarModel?getCarModel(); } 很簡單，每個車輛模型都要有確定的運行順序，然后才能返回一個車輛模型。奔馳車的組裝者如代碼清單11-6所示。 代碼清單11-6 奔馳車組裝者 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); ?????} } 非常簡單實用的程序，給定一個汽車的運行順序，然后就返回一個奔馳車，簡單了很多。寶馬車的組裝與此相同，如代碼清單11-7所示。 代碼清單11-7 寶馬車組裝者 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); ?????} } 兩個組裝者都完成了，我們再來看看××公司的需求如何滿足，修改一下場景類，如代碼清單11-8所示。 代碼清單11-8 修改后的場景類 public?class?Client?{ ?????public?static?void?main(String[]?args)?{ ?????????????/* ??????????????*?客戶告訴XX公司，我要這樣一個模型，然后XX公司就告訴我老大 ??????????????*?說要這樣一個模型，這樣一個順序，然后我就來制造 ??????????????*/ ?????????????//存放run的順序 ?????????????ArrayList<String>?sequence?=?new?ArrayList<String>(); ?????????????sequence.add("engine?boom");??//客戶要求，run時候時候先發動引擎 ?????????????sequence.add("start");??//啟動起來 ?????????????sequence.add("stop");???//開了一段就停下來 ?????????????//要一個奔馳車： ?????????????BenzBuilder?benzBuilder?=?new?BenzBuilder(); ?????????????//把順序給這個builder類，制造出這樣一個車出來 ?????????????benzBuilder.setSequence(sequence); ?????????????//制造出一個奔馳車 ?????????????BenzModel?benz?=?(BenzModel)benzBuilder.getCarModel(); ?????????????//奔馳車跑一下看看 ?????????????benz.run();???????????????? ?????} } 運行結果如下所示： 奔馳車的引擎是這個聲音的... 奔馳車跑起來是這個樣子的... 奔馳車應該這樣停車... 那如果我再想要個同樣順序的寶馬車呢？很簡單，再次修改一下場景類，如代碼清單11-9所示。 代碼清單11-9 相同順序的寶馬車的場景類 public?class?Client?{ ?????public?static?void?main(String[]?args)?{ ?????????????//存放run的順序 ?????????????ArrayList<String>?sequence?=?new?ArrayList<String>(); ?????????????sequence.add("engine?boom");??//客戶要求，run的時候先發動引擎 ?????????????sequence.add("start");??//啟動起來 ?????????????sequence.add("stop");??//開了一段就停下來 ?????????????//要一個奔馳車： ?????????????BenzBuilder?benzBuilder?=?new?BenzBuilder(); ?????????????//把順序給這個builder類，制造出這樣一個車出來 ?????????????benzBuilder.setSequence(sequence); ?????????????//制造出一個奔馳車 ?????????????BenzModel?benz?=?(BenzModel)benzBuilder.getCarModel(); ?????????????//奔馳車跑一下看看 ?????????????benz.run(); ?????????????//按照同樣的順序，我再要一個寶馬 ?????????????BMWBuilder?bmwBuilder?=?new?BMWBuilder(); ?????????????bmwBuilder.setSequence(sequence); ?????????????BMWModel?bmw?=?(BMWModel)bmwBuilder.getCarModel(); ?????????????bmw.run();????????????????? ?????} } 運行結果如下所示： 奔馳車的引擎是這個聲音的... 奔馳車跑起來是這個樣子的... 奔馳車應該這樣停車... 寶馬車的引擎是這個聲音的... 寶馬車跑起來是這個樣子的... 寶馬車應該這樣停車... 看，同樣運行順序的寶馬車也生產出來了，而且代碼是不是比剛開始直接訪問產品類（Procuct）簡單了很多。我們在做項目時，經常會有一個共識：需求是無底洞，是無理性的，不可能你告訴它不增加需求就不增加，這4個過程（start、stop、alarm、engine boom）按照排列組合有很多種，××公司可以隨意組合，它要什么順序的車模我就必須生成什么順序的車模，客戶可是上帝！那我們不可能預知他們要什么順序的模型呀，怎么辦？封裝一下，找一個導演，指揮各個事件的先后順序，然后為每種順序指定一個代碼，你說一種我們立刻就給你生產處理，好方法，厲害！我們先修改一下類圖，如圖11-3所示。  圖11-3 完整汽車模型類圖 類圖看著復雜了，但還是比較簡單，我們增加了一個Director類，負責按照指定的順序生產模型，其中方法說明如下： ● getABenzModel方法 組建出A型號的奔馳車輛模型，其過程為只有啟動（start）、停止（stop）方法，其他的引擎聲音、喇叭都沒有。 ● getBBenzModel方法 組建出B型號的奔馳車，其過程為先發動引擎（engine boom），然后啟動，再然后停車，沒有喇叭。 ● getCBMWModel方法 組建出C型號的寶馬車，其過程為先喇叭叫一下（alarm），然后啟動，再然后是停車，引擎不轟鳴。 ● getDBMWModel方法 組建出D型號的寶馬車，其過程就一個啟動，然后一路跑到黑，永動機，沒有停止方法，沒有喇叭，沒有引擎轟鳴。 其他的E型號、F型號……可以有很多，啟動、停止、喇叭、引擎轟鳴這4個方法在這個類中可以隨意地自由組合。Director類如代碼清單11-10所示。 代碼清單11-10 導演類 public?class?Director?{ ?????private?ArrayList<String>?sequence?=?new?ArrayList(); ?????private?BenzBuilder?benzBuilder?=?new?BenzBuilder(); ?????private?BMWBuilder?bmwBuilder?=?new?BMWBuilder(); ?????/* ??????*?A類型的奔馳車模型，先start，然后stop，其他什么引擎、喇叭一概沒有 ??????*/ ?????public?BenzModel?getABenzModel(){ ?????????????//清理場景，這里是一些初級程序員不注意的地方 ?????????????this.sequence.clear(); ?????????????//ABenzModel的執行順序 ?????????????this.sequence.add("start"); ?????????????this.sequence.add("stop"); ?????????????//按照順序返回一個奔馳車 ?????????????this.benzBuilder.setSequence(this.sequence); ?????????????return?(BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel(); ?????} ?????/* ??????*?B型號的奔馳車模型，是先發動引擎，然后啟動，然后停止，沒有喇叭 ??????*/ ?????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型號的寶馬車是先按下喇叭（炫耀嘛），然后啟動，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類型的寶馬車只有一個功能，就是跑，啟動起來就跑，永遠不停止 ??????*/ ?????public?BMWModel?getDBMWModel(){ ?????????????this.sequence.clear(); ?????????????this.sequence.add("start"); ?????????????this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence); ?????????????return?(BMWModel)this.benzBuilder.getCarModel(); ?????} ?????/* ??????*?這里還可以有很多方法，你可以先停止，然后再啟動，或者一直停著不動，靜態的嘛 ??????*?導演類嘛，按照什么順序是導演說了算 ??????*/ } 順便說一下，大家看一下程序中有很多this調用。這個我一般是這樣要求項目組成員的，如果你要調用類中的成員變量或方法，需要在前面加上this關鍵字，不加也能正常地跑起來，但是不清晰，加上this關鍵字，我就是要調用本類中的成員變量或方法，而不是本方法中的一個變量。還有super方法也是一樣，是調用父類的成員變量或者方法，那就加上這個關鍵字，不要省略，這要靠約束，還有就是程序員的自覺性，他要是死不悔改，那咱也沒招。 注意　上面每個方法都有一個this.sequence.clear()，估計你一看就明白。但是作為一個系統分析師或是技術經理一定要告訴項目成員，ArrayList和HashMap如果定義成類的成員變量，那你在方法中的調用一定要做一個clear的動作，以防止數據混亂。如果你發生過一次類似問題的話，比如ArrayList中出現一個“出乎意料”的數據，而你又花費了幾個通宵才解決這個問題，那你會有很深刻的印象。 有了這樣一個導演類后，我們的場景類就更容易處理了，××公司要A類型的奔馳車1萬輛，B類型的奔馳車100萬輛，C類型的寶馬車1000萬輛，D類型的不需要，非常容易處理，如代碼清單11-11所示。 代碼清單11-11 導演類 public?class?Client?{ ?????public?static?void?main(String[]?args)?{ ?????????????Director?director?=?new?Director();???????????????? ?????????????//1萬輛A類型的奔馳車 ?????????????for(int?i=0;i<10000;i++){ ?????????????????????director.getABenzModel().run(); ?????????????}?????????? ?????????????//100萬輛B類型的奔馳車 ?????????????for(int?i=0;i<1000000;i++){ ?????????????????????director.getBBenzModel().run(); ?????????????}?????????? ?????????????//1000萬輛C類型的寶馬車 ?????????????for(int?i=0;i<10000000;i++){ ?????????????????????director.getCBMWModel().run(); ?????????????} ?????} } 清晰、簡單吧，我們寫程序重構的最終目的就是：簡單、清晰。代碼是讓人看的，不是寫完就完事了，我一直在教育我帶的團隊成員，Java程序不是像我們前輩寫二進制代碼、匯編一樣，寫完基本上就自己能看懂，別人看就跟看天書一樣，現在的高級語言，要像寫中文漢字一樣，你寫的，別人能看懂。這就是建造者模式。