Builder Pattern

Posted 2020-09-26

遇到多个构造器形参时要考虑用构建器

引言

遇到多个构造器时要考虑用构建器（builder）

重叠构造器(telescoping constructor)

// Telescoping constructor pattern - does not scale well! - Pages 11-12
/**
 * 营养成分表
 */
public class NutritionFacts {
    private final int servingSize;   // (mL)            required
    private final int servings;      // (per container) required
    private final int calories;      //                 optional
    private final int fat;           // (g)             optional
    private final int sodium;        // (mg)            optional
    private final int carbohydrate;  // (g)             optional
    /**
     * 重叠构造器模式：提供第一个只有必要参数的构造器
     */
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings) {
        this(servingSize, servings, 0);
    }
    /**
     * 重叠构造器模式：第二个构造器有一个可选参数
     */
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories) {
        this(servingSize, servings, calories, 0);
    }
    /**
     * 重叠构造器模式：第三个构造器在第二个构造器的基础上，加一个可选参数
     */
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories, int fat) {
        this(servingSize, servings, calories, fat, 0);
    }
    /**
     * 重叠构造器模式：以此类推
     */
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories, int fat, int sodium) {
        this(servingSize, servings, calories, fat, sodium, 0);
    }
    /**
     * 重叠构造器模式：以此类推
     */
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories, int fat, int sodium, int carbohydrate) {
        this.servingSize  = servingSize;
        this.servings     = servings;
        this.calories     = calories;
        this.fat          = fat;
        this.sodium       = sodium;
        this.carbohydrate = carbohydrate;
    }
    public static void main(String[] args) {
        NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts(240, 8, 100, 0, 35, 27);
    }
}

缺点：

① 当有许多参数的时候，客户端代码会很难编写,并且仍然较难以阅读。

② 如果读者想知道那些值是什么意思，必须很仔细地数着这些参数来探个究竟。如果客户端不小心颠倒了其中两个参数的顺序，编译器也不会出错，但是在程序运行时会出现错误行为。

JavaBeans模式

// JavaBeans Pattern - allows inconsistency, mandates mutability - Pages 12-13
public class NutritionFacts {
    // Parameters initialized to default values (if any)
    private int servingSize  = -1;  // Required; no default value
    private int servings     = -1;  //     "     "     "      "
    private int calories     = 0;
    private int fat          = 0;
    private int sodium       = 0;
    private int carbohydrate = 0;
    public NutritionFacts() { }
    // Setters
    public void setServingSize(int val)  {
        servingSize = val;
    }
    public void setServings(int val)     {
        servings = val;
    }
    public void setCalories(int val)     {
        calories = val;
    }
    public void setFat(int val)          {
        fat = val;
    }
    public void setSodium(int val)       {
        sodium = val;
    }
    public void setCarbohydrate(int val) {
        carbohydrate = val;
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 调用一个无参构造器来创建对象，然后调用setter()方法来设置
        NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts();
        cocaCola.setServingSize(240);
        cocaCola.setServings(8);
        cocaCola.setCalories(100);
        cocaCola.setSodium(35);
        cocaCola.setCarbohydrate(27);
    }
}

缺点：

① 无法保证一致性：JavaBean模式自身有着很严重的缺点，因为构造过程被分到了几个调用中，在构造过程中JavaBean可能处在不一致的状态。试图使用处于不一致状态的对象，将会导致失败，这种失败调试起来十分困难

② 阻止了把类做成不可变

Builder模式

// Builder Pattern - Pages 14-15
public class NutritionFacts {
    private final int servingSize;
    private final int servings;
    private final int calories;
    private final int fat;
    private final int sodium;
    private final int carbohydrate;
    /**
     * 注意是static修饰, 作为NutritionFacts的静态成员类
     * 详细的讨论请参考：
     *     https://stackoverflow.com/questions/5007355/builder-pattern-in-effective-java
     */
    public static class Builder {
        // Required parameters
        private final int servingSize;
        private final int servings;
        // Optional parameters - initialized to default values
        private int calories      = 0;
        private int fat           = 0;
        private int carbohydrate  = 0;
        private int sodium        = 0;
        public Builder(int servingSize, int servings) {
            System.out.println("NutritionFacts.Builder init this[" + this + "]");
            this.servingSize = servingSize;
            this.servings    = servings;
        }
        // builder的setter()方法返回builder本身，以便可以把调用链接起来
        public Builder calories(int val) {
            calories = val;
            return this;
        }
        public Builder fat(int val) {
            fat = val;
            return this;
        }
        public Builder carbohydrate(int val) {
            carbohydrate = val;
            return this;
        }
        public Builder sodium(int val) {
            sodium = val;
            return this;
        }
        /**
         * build()方法可以检验这些约束条件
         * 如果违反了任何约束条件build方法就应该抛出IllegalSelectorException
         */
        public NutritionFacts build() {
            return new NutritionFacts(this);
        }
    }
    /**
     * 注意这是private修饰的
     */
    private NutritionFacts(Builder builder) {
        servingSize  = builder.servingSize;
        servings     = builder.servings;
        calories     = builder.calories;
        fat          = builder.fat;
        sodium       = builder.sodium;
        carbohydrate = builder.carbohydrate;
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 不直接生成想要的对象，而是让客户端利用所有必要的参数调用NutritionFacts.Builder(int, int)创建一个builder对象
        // 然后客户端在builder对象调用类似于setter的方法,来设置每个相关的可选参数
        // 最后客户端调用无参的build()方法来生成不可变的对象NutritionFacts
        NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts.Builder(240, 8).calories(100).sodium(35).carbohydrate(27).build();
        NutritionFacts cocaCola2 = new NutritionFacts.Builder(240, 8).calories(100).sodium(35).carbohydrate(27).fat(7).build();
    }
}

优点：
① Builder方式创建的对象，在调用 build() 方法之前是不会创建NutritionFacts 对象的，所有的属性设置都必须在 build() 方法之前，而且创建了NutritionFacts 对象后就不可以更改其属性了，这就保证了对象状态的唯一性，而且代码的可读性也提高了。

② 如果有些参数是必填的，可以加到 Builder 的构造函数中

缺点：

Builder模式的确也有自身不足，为了创建对象，必须先创建它的构建器，在某些十分注重性能的情况下，可能就成为问题了。

参考

• Builder Pattern in Effective Java 
• Too Many Parameters in Java Methods, Part 3: Builder Pattern