Java中的建造者模式

11.1 變化是永恆的

又是一個週三，快要下班了，老大突然拉住我，喜滋滋地告訴我:“牛叉公司很滿意我們做的模型，又簽訂了一個合同，把賓士、寶馬的車輛模型都交給我們公司製作了，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，他想什麼順序就什麼順序，這個沒問題吧?”

看著老大殷切的目光，我還能說啥？非常肯定地點頭，“沒問題！”，加班加點做唄，“再苦再累就當自己二百五！再難再險就當自己二皮臉！與君共勉！”這句話說出了俺的心聲。

那任務是接下來，又是一個時間緊，工程量大的專案，為什麼是“又”呢？因為基本上每個專案都是如此，我該怎麼來完成這個任務呢？

首先我們分析一下需求，賓士、寶馬都是一個產品，他們有共有的屬性，牛叉公司關心的是單個模型的執行過程：賓士模型A是先有引擎聲音，然後再響喇叭；賓士模型B是先啟動起來，然後再有引擎聲音，這才是牛叉公司要關心的，那到我們老大這邊呢，就是滿足人家的要求，要什麼順序就立馬能產生什麼順序的模型出來，我就負責把老大的要求實現出來，而且還要是批量的，也就是說牛叉公司下單訂購寶馬A車模，我們老大馬上就找我“生產一個這樣的車模，啟動完畢後，喇叭響一下”，然後我們就準備開始批量生產這些模型。由我生產出N多個賓士和寶馬車輛模型，這些車輛模型的都有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，最終客戶買走後只能是既定的模型。好，需求還是比較複雜，我們先一個一個的解決，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，然後run()方法根據sequence定義的順序完成指定的順序動作，與我們上一章節介紹的模板方法模式是不是非常類似？好，我們先看CarModel原始碼，如程式碼清單11-1所示。

程式碼清單11-1 車輛模型的抽象類

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263 public abstract class CarModel { //這個引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，那還要能停下來，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() { //迴圈一邊，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(); //開啟汽車 }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<String> 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定一個順序，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，對於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，然後遍歷sequence中的字串，哪個字串在先，就先執行哪個方法。

兩個實現類分別實現父類的基本方法，賓士模型如程式碼清單11-2所示。

程式碼清單11-2 賓士模型程式碼

123456789101112131415161718192021222324252627 public class BenzModel extends CarModel { protected void alarm() { System.out.println("賓士車的喇叭聲音是這個樣子的..."); } protected void engineBoom() { System.out.println("賓士車的引擎室這個聲音的..."); } protected void start() { System.out.println("賓士車跑起來是這個樣子的..."); } protected void stop() { System.out.println("賓士車應該這樣停車..."); } }

寶馬車模型如程式碼清單11-3所示。

程式碼清單11-3 寶馬模型程式碼

123456789101112131415161718192021222324252627 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("寶馬車的引擎室這個聲音的..."); } 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，我們來模擬一下牛叉公司的要求：生產1件賓士模型，要求跑的時候，先發動引擎，然後再掛檔啟動，然後停下來，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，如程式碼清單11-4所示。

程式碼清單11-4 寶馬模型程式碼

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233 public class Client { public static void main(String[] args) { /* * 客戶告訴牛叉公司，我要這樣一個模型，然後牛叉公司就告訴我老大 * 說要這樣一個模型，這樣一個順序，然後我就來製造 */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賓士車 benz.setSequence(sequence); benz.run(); } }

執行結果如下所示。

賓士車的引擎是這個聲音的…

賓士車跑起來是這個樣子的…

賓士車應該這樣停車…

看，我們組裝了這樣的一輛汽車，滿足了牛叉公司的需求了。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，還要下一個需求呀，然後是第2件寶馬模型，只要啟動、停止，其他的什麼都不要，第3件模型，先喇叭，然後啟動，然後停止，第4件…直到把你逼瘋為止，那怎麼辦？我們就一個一個的來寫場景類滿足嗎？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，於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，要什麼型別什麼順序的車輛模型，都由相關的子類完成，首先編寫CarBuilder程式碼，如程式碼清單11-5所示。

程式碼清單11-5 抽象汽車組裝者

1234567891011 public abstract class CarBuilder { //建造一個模型，你要給我一個順序要，就是組裝順序 public abstract void setSequence(ArrayList<String> sequence); //設定完畢順序後，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執行順序，然後才能返回一個車輛模型。賓士車的組裝者如程式碼清單11-6所示。

程式碼清單11-6 賓士車組裝者

1234567891011121314151617 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); } }

非常簡單實用的程式，給定一個汽車的執行順序，然後就返回一個賓士車，簡單了很多，寶馬車的組裝與此相同，如程式碼清單11-7所示。

程式碼清單11-7 寶馬車組裝者

1234567891011121314151617 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，我們再來看看牛叉公司的需求如何滿足，修改一下場景類，如程式碼清單11-8所示。

程式碼清單11-8 修改後的場景類

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839 public class Client { public static void main(String[] args) { /* * 客戶告訴牛叉公司，我要這樣一個模型，然後牛叉公司就告訴我老大 * 說要這樣一個模型，這樣一個順序，然後我就來製造 */ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>(); //存放run的順序 sequence.add("engine boom"); //客戶要求，run的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 //要一個賓士車： BenzBuilder benzBuilder = new BenzBuilder(); //把順序給這個builder類，製造出這樣一個車出來 benzBuilder.setSequence(sequence); //製造出一個賓士車 BenzModel benz = (BenzModel)benzBuilder.getCarModel(); //賓士車跑一下看看 benz.run(); } }

執行結果如下所示。

賓士車的引擎是這個聲音的…

賓士車跑起來是這個樣子的…

賓士車應該這樣停車…

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，如程式碼清單11-9所示。

程式碼清單11-9 相同順序的寶馬車的場景類

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041 public class Client { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>(); //存放run的順序 sequence.add("engine boom"); //客戶要求，run的時候時候先發動引擎 sequence.add("start"); //啟動起來 sequence.add("stop"); //開了一段就挺下來 //要一個賓士車： BenzBuilder benzBuilder = new BenzBuilder(); //把順序給這個builder類，製造出這樣一個車出來 benzBuilder.setSequence(sequence); //製造出一個賓士車 BenzModel benz = (BenzModel)benzBuilder.getCarModel(); //賓士車跑一下看看 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(); } }

執行結果如下所示。

賓士車的引擎是這個聲音的…

賓士車跑起來是這個樣子的…

賓士車應該這樣停車…

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，同樣執行順序的寶馬車也生產出來了，而且程式碼是不是比剛開始直接訪問產品類(Procuct)簡單了很多。我們在做專案時，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，這四個過程（start、stop、alarm、engineBoom）按照排列組合有很多種，牛叉公司可以隨意組合，它要什麼順序的車模我就必須生成什麼順序的車模，客戶可是上帝！那我們不可能預知他們要什麼順序的模型呀，怎麼辦？封裝一下，找一個導演，指揮各個事件的先後順序，然後為每種順序指定一個程式碼，你說一種我們立刻就給你生產處理，好方法，厲害！我們先修正一下類圖，如圖11-3所示。

圖11-3 完整汽車模型類圖

類圖看著複雜了，但是還是比較簡單，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型號的賓士車輛模型，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型號的賓士車，其過程為先發動引擎（engine boom）,然後啟動(star),再然後停車(stop),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），然後（start）,再然後是停車(stop)，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(start)，然後一路跑到黑，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……等等，可以有很多，啟動(start)、停止(stop)、喇叭(alarm)、引擎轟鳴(engine boom)這四個方法在這個類中可以隨意的自由組合，有幾種呢？好像是排列組合，這個不會算，高中數學沒學好，反正有很多種了，都可以實現。Director類如程式碼清單11-10所示。

程式碼清單11-10 導演類

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105 public class Director { private ArrayList<String> sequence = new ArrayList(); private BenzBuilder benzBuilder = new BenzBuilder(); private BMWBuilder bmwBuilder = new BMWBuilder(); /* * A型別的賓士車模型，先start,然後stop,其他什麼引擎了，喇叭一概沒有 */public BenzModel getABenzModel(){ //清理場景，這裡是一些初級程式設計師不注意的地方 this.sequence.clear(); //這隻ABenzModel的執行順序 this.sequence.add("start"); this.sequence.add("stop"); //按照順序返回一個賓士車 this.benzBuilder.setSequence(this.sequence); return (BenzModel)this.benzBuilder.getCarModel(); } /* * B型號的賓士車模型，是先發動引擎，然後啟動，然後停止，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），然後啟動，然後停止 */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型別的寶馬車只有一個功能，就是跑，啟動起來就跑，永遠不停止，牛叉 */public BMWModel getDBMWModel(){ this.sequence.clear(); this.sequence.add("start"); this.bmwBuilder.setSequence(this.sequence); return (BMWModel)this.benzBuilder.getCarModel(); } /* * 這裡還可以有很多方法，你可以先停止，然後再啟動，或者一直停著不動，靜態的嘛 * 導演類嘛，按照什麼順序是導演說了算 */}

順便說一下，大家看一下程式中有很多this呼叫，這個我一般是這樣要求專案組成員的，如果你要呼叫類中的成員變數或方法，需要在前面加上this關鍵字，不加也能正常的跑起來，但是不清晰，加上this關鍵字，我就是要呼叫本類中成員變數或方法，而不是本方法的中的一個變數，還有super方法也是一樣，是呼叫父類的的成員變數或者方法，那就加上這個關鍵字，不要省略，這要靠約束，還有就是程式設計師的自覺性，他要是死不悔改，那咱也沒招。

注意上面每個方法都一個this.sequence.clear()，這個估計你一看就明白，但是作為一個系統分析師或是技術經理一定要告訴告訴專案成員，ArrayList和HashMap如果定義成類的成員變數，那你在方法中呼叫一定要做一個clear的動作，防止資料混亂。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”的資料，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後，我們的場景類就更容易處理了，牛叉公司要A型別的賓士車1W輛，B型別的賓士車100W輛，C型別的寶馬車1000W輛，D型別的不需要，非常容易處理，如程式碼清單11-11所示。

程式碼清單11-11 導演類

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