Java设计模式 --建造者模式【Builder Pattern】

前言

又是一个周三，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：

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<>();

    //模型是启动，就开始跑了
    protected abstract void start();

    //能发动，那还要能停下来，那才是真本事
    protected  abstract void stop();

    //喇叭还要会叫，是滴滴叫，还是哔哔叫
    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，总之要会跑
    final public void run(){
        //先循环一遍，谁在前谁就先执行
        for (int i = 0; i < this.sequence.size(); i++) {
            String actionName = this.sequence.get(i);
            if (actionName.equalsIgnoreCase("start")) {
                //如果是start关键字,则开启汽车
                this.start();
            } else if(actionName.equalsIgnoreCase("stop")) {
                //如果是stop关键字,则停止汽车
                this.stop();
            } else if (actionName.equalsIgnoreCase("alarm")) {
                //如果是alarm关键字，喇叭开始叫
                this.alarm();
            } else if (actionName.equalsIgnoreCase("engine boom")) {
                //如果是engine boom关键字，引擎开始轰鸣
                this.engineBoom();
            }

        }
    }

    //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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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：

/**
 * 奔驰车模型
 */
public class BenzModel extends CarModel {
    @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...");
    }

    @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("奔驰车的引擎声音是这个样子的...");
    }
}

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BMWModel.java 程序:

/**
 * 宝马车模型
 */
public class BMWModel extends CarModel {
    @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...");
    }

    @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("宝马车的引擎声音是这个样子的...");
    }
}
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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：

Client.java 程序:

import java.util.ArrayList;
/**
* @author cbf4Life cbf4life@126.com
* I'm glad to share my knowledge with you all.
* 最终客户开始使用这个模型
*/
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>(); //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
		
		 //然后我们把这个顺序给奔驰车：
		 benz.setSequence(sequence);
		 benz.run();
 	}
} 
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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：

CarBuilder.java 抽象类：

import java.util.ArrayList;

/**
 * @author qiyq
 * @create 2022-10-27 17:44
 * 要什么顺序的车，你说，我给建造出来
 */
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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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：

BenzBuilder.java实现类

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
 */
public class BenzBuilder extends CarBuilder {
    private BenzModel benz = new BenzModel();
    @Override
    public void setSequence(ArrayList<String> sequence) {
        this.benz.setSequence(sequence);
    }

    @Override
    public CarModel getCarModel() {
        return this.benz;
    }
}
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BMWBuilder.java实现类

import java.util.ArrayList;

/**
 * 给定一个顺序，返回一个宝马车
 */
public class BMWBuilder extends CarBuilder {
    private BMWModel bmw = new BMWModel();
    @Override
    public void setSequence(ArrayList<String> sequence) {
        this.bmw.setSequence(sequence);
    }

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

Client.java类修改

import java.util.ArrayList;
/**
* 最终客户开始使用这个模型
*/
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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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，那我们怎么满足这种需求呢？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。

Director.java类

import java.util.ArrayList;

/**
 * 导演安排顺序，生产车辆模型
 */
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(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(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(sequence);
        return (BMWModel)this.bmwBuilder.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
 */
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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：

最终Client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++) {
            //注意别忘记运行
            director.getABenzModel().run();
        }

        //1K辆B类型的奔驰车
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            //注意别忘记运行
            director.getBBenzModel().run();
        }

        //100辆C类型的宝马车
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            //注意别忘记运行
            director.getCBMWModel().run();
        }
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结语

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！
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