24种设计模式--建造者模式【Builder Pattern】

　　在一个周三，快要下班了，老大突然又拉住我，喜滋滋的告诉我“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、引擎声音都有客户自己控制，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，肯定的点头，“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！ ”这句话说出了我的心声。那任务是接下来，我们怎么做实现呢？

　　首先我们想了，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，奔驰模型 A 是先有引擎声音，然后再启动；奔驰模型 B 呢是先启动起来，然后再有引擎声音，这才是牛叉公司要关关心的，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，我呢就负责把老大的要求实现掉，而且还要是批量的，看不懂？没关系，继续看下去，首先由我生产出 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 方法可能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，还是没听明白，我们继续，我们先把我们最基本的对象 Product 在类图中表明出来：

　　我们定义了一个 CarModel 的抽象类，其中 run 和 setSequence 是由抽象类实现的，其他都是子类自己实现，那这个是否可以解决这个问题呢?应该可以，我们把代码实现出来，先看 CarModel.java 程序：

 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 定义一个车辆模型的抽象类，所有的车辆模型都继承这里
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 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，还是哗哗叫
      */
     protected abstract void alarm();

     /**
      * 引擎会轰隆隆的响，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，总之要去跑
      */
     final public void run(){
         //循环一遍，谁在前，就先执行谁
         for(int i=0;i<this.sequence.size();i++){
             String actionName = this.sequence.get(i);
             if("start".equalsIgnoreCase(actionName)){
                 this.start();    //开启汽车
             }else if("stop".equalsIgnoreCase(actionName)){
                 this.stop();    //停止汽车
             }else if("alarm".equalsIgnoreCase(actionName)){
                 this.alarm();    //喇叭开始叫了
             }else if("engine boom".equalsIgnoreCase(actionName)){
                 this.engineBoom();    //引擎开始轰鸣
             }
         }
     }

     /**
      * 可以修改顺序
      * @param sequence
      */
     final public void setSequence(ArrayList<String> sequence){
         this.sequence = sequence;
     }

 }

　　其中 setSequence 方法是允许客户自己设置一个顺序，是要先跑起来在有引擎声音还是先有引擎声音再跑起来，还是说那个喇叭就不要响，对于一个具体的模型永远都固定的，那这个事由牛叉告诉我们，有 1W 件事这样的， 1W 件事那样的顺序，目前的设计都能满足这个要求。run 方法使用了一个数组的遍历，确定那个是先执行，程序比较简单，不多说了，我们继续看两个实现类，先看 BenzModel.java 程序：

 package com.pattern.builder;

 /**
  * 奔驰车模型
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 public class BenzModel extends CarModel {

     @Override
     protected void alarm() {
         System.out.println("奔驰车的喇叭声音是这个样子的...");
     }

     @Override
     protected void engineBoom() {
         System.out.println("奔驰车的引擎是这个声音的...");
     }

     @Override
     protected void start() {
         System.out.println("奔驰车跑起来是这个样子的...");
     }

     @Override
     protected void stop() {
         System.out.println("奔驰车应该这样停车...");
     }

 }

 再看 BMWModel.java 程序：
 package com.pattern.builder;

 /**
  * 宝马车模型
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 public class BenzModel extends CarModel {

     @Override
     protected void alarm() {
         System.out.println("宝马车的喇叭声音是这个样子的...");
     }

     @Override
     protected void engineBoom() {
         System.out.println("宝马车的引擎是这个声音的...");
     }

     @Override
     protected void start() {
         System.out.println("宝马车跑起来是这个样子的...");
     }

     @Override
     protected void stop() {
         System.out.println("宝马车应该这样停车...");
     }

 }

　　两个实现类都完成，我们再来看牛叉公司要的要求，我先要 1 个奔驰的模型，这个模型的要求是跑的时候，先发动引擎，然后再挂档启动，然后停下来，不需要喇叭，那怎么实现呢：

 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 最终客户开始使用这个模型
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 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();
         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

         //然后我们把这个顺序给奔驰车
        benz.setSequence(sequence);
        benz.run();
     }

 }

　　看，满足了牛叉公司的需求了，满足完了，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？我们修改程序，满足这种变态需求，好，看我如何修改，先修改类图：

　　增加了一个 CarBuilder 的抽象类，以及两个实现类，其目的是你要什么排列顺序的车，我就给你什么顺序的车，那我们先看 CarBuilder.java 抽象类的程序：

 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 要什么顺序的车，你说，我给建造出来
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 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();

 }

　　这个抽象类比较简单，程序上也以后注释说明，不多说，我们看两个实现类，先看 BenzBuilder.java的程序代码：

 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 各种设施都给了，我们按照一定的顺序制造一个奔驰车
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 public class BenzBuilder extends CarBuilder {
     private BenzModel benz = new BenzModel();

     @Override
     public CarModel getCarModel() {
         return this.benz;
     }

     @Override
     public void setSequence(ArrayList<String> sequence) {
         this.benz.setSequence(sequence);
     }

 }

 下面是 BMWBuilder.java 程序代码：
 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 给定一个顺序，返回一个宝马车
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 public class BMWBuilder extends CarBuilder {
     private BMWModel bmw = new BMWModel();

     @Override
     public CarModel getCarModel() {
         return this.bmw;
     }

     @Override
     public void setSequence(ArrayList<String> sequence) {
         this.bmw.setSequence(sequence);
     }

 }

　　程序很简单，很实用，这就是我最希望的，简单而又实用，我欣赏这样的程序员。那我们再来看我们Client.java 程序的修改：

 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 最终客户开始使用这个模型
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 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>();
         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();
     }

 }

 那如果我再想要个同样顺序的宝马车呢？很简单， Client.java 程序如下：
 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 最终客户开始使用这个模型
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 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();

     }

 }

　　看，是不是比刚开始直接访问产品类(Procuct) 简单了很多吧，那这有个这样的需求，这四个过程（start,stop,alarm,engineBoom）按照排列组合有很多种，那我们怎么满足种需求呢？也就是要有个类来安排这几个方法组合，就像导演安排演员一样，那个先出场那个后出场，那个不出场，我们这个也叫导演类，那我们修改一下类图：

　　增加了 Director 类，这个类是做了层封装，类中的方法说明如下：
　　　　A 型号的奔驰车辆模型是只有启动（start）、停止(stop) 方法，其他的引擎声音、喇叭都没有；
　　　　B 型号的奔驰车是先发动引擎（engine boom） , 然后启动(star), 再然后停车(stop), 没有喇叭；
　　　　C 型号的宝马车是先喇叭叫一下（alarm），然后（start） , 再然后是停车(stop) ，引擎不轰鸣；
　　　　D 型号的宝马车就一个启动(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；
　　　　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，这里都可以实现。
　　我们看一下代码实现， Director.java 代码如下：

 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 导演安排顺序，生产车辆模型
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 public class Director {
     private ArrayList<String> sequence = new ArrayList<String>();
     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(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(sequence);
         return (BMWModel) this.bmwBuilder.getCarModel();
     }

     /**
      * D类型的宝马车车只有一个功能，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();
     }
 }

　　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。

　　上面每个方法都一个 this.sequence.clear() ，这个估计你一看就明白，但是做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，这个如果你发生过一次问题的话，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。

然后 Client 程序就只与 Director 打交道了，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 类型的我不要：

 package com.pattern.builder;

 import java.util.ArrayList;

 /**
  * 这里是牛叉公司的天下，他要啥我们给啥
  * @author http://www.cnblogs.com/initial-road/
  *
  */
 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<100000000;i++){
             director.getCBMWModel().run();
        }
     }

 }

　　清晰，简单吧，我们写程序重构的最终目的就是这个，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那个二进制代码、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。

　　整个程序编写完毕，而且简洁明了，这就是建造者模式，中间有几个角色需要说明一下：

　　Client 就是牛叉公司，这个到具体的应用中就是其他的模块或者页面；

　　CarModel 以及两个实现类 BenzModel 和 BMWModel 叫做产品类(Product Class) ，这个产品类实现了模板方法模式，也就是有模板方法和基本方法，这个参考上一节的模板方法模式；
　　CarBuilder 以及两个实现类 BenzBuilder 和 BMWBuilder 叫做建造者(Builder Class) ，在上面的那个例子中就是我和我的团队，负责建造 Benz 和 BMW 车模，按照指定的顺序；

　　Director 类叫做导演类(Director Class), 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， Client 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。

　　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；而工厂方法则重点是创建，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。

　　建造者模式使用的场景，一是产品类非常的复杂，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，我曾在一个银行交易类项目中遇到了这个问题，一个产品的定价计算模型有 N 多种，每个模型有固定的计算步骤，计算非常复杂，项目中就使用了建造者模式；二是“ 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”，这个是我没有遇到过的，创建过程中不易得到？那为什么在设计阶段不修正这个问题，创建的时候都不易得到耶！