Effective Java 2 遇到多个构造器参数时要考虑使用构建器

news2024/10/6 16:25:49

第2个经验法则：用遇到多个构造器参数时要考虑使用构建器（consider a builder when faced with many constructor parameters）

上一条讨论了静态工厂相对于构造器来说有五大优势。但静态工厂和构造器有个共同的局限性:它们都不能很好地扩展到大量的可选参数。

对于需要多参数的类，应该用哪种构造器或者静态工厂来编写呢？接下来，我将通过Java代码示例来对比分析构造器模式、JavaBeans模式以及建造者模式在处理多参数情况下的应用。

构造器模式

假设我们要创建一个 Car 类，它有颜色、品牌、型号和价格等属性，其中颜色和品牌是必需的，而型号和价格是可选的。

这其实就是重叠构造器(telescoping constructor)模式。程序员一向习惯采用这种模式，在这种模式下，提供的第一个构造器只有必要的参数，第二个构造器有一个可选参数，第三个构造器有两个可选参数，依此类推，最后一个构造器包含所有可选的参数。随着参数增多，构造器的重载会变得复杂且难以管理。

简而言之，重叠构造器模式可行，但是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。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。一长串类型相同的参数会导致一些微妙的错误。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，但是程序在运行时会出现错误的行为。

JavaBeans模式

采用JavaBeans模式，我们首先定义一个无参构造器，然后通过setter方法设置属性。

这种模式弥补了重看构造器模式的不足。说得明白一点，就是创建实例很容易，这样产生的代码读起来也很容易。

遗憾的是，JavaBeans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 可能处于不一致的状态，导致对象在完全配置前处于不一致状态。尤其是在多线程环境下或构建过程较长的情境中。下面通过一个具体例子来进一步说明这一问题：

假设我们有一个 Order 类，用于表示在线商店中的订单信息，包括客户ID、商品列表、总价等属性。使用JavaBeans模式，类定义如下：

假设在某个服务中，我们打算创建一个订单并填充相关信息，但这个过程是分步进行的，可能涉及多个操作或方法调用，如下所示：

在这个例子中，如果在设置完商品ID之后，程序因为某些原因（如异常抛出、线程切换）没有机会执行设置总价的逻辑，那么 Order对象就被留在了一个不一致的状态：它有客户ID和商品列表，但缺少了总价信息。如果此时对象被其他部分的系统使用，可能会引发逻辑错误或计算问题。

另外，在多线程环境下，如果不加锁或其他同步措施，多个线程同时调用setter方法设置不同属性，还可能引起竞态条件，进一步加剧数据的不一致性。

因此，虽然JavaBeans模式提供了灵活性，但在构建过程中必须谨慎管理对象状态的完整性，特别是在多步骤或多线程场景中，以避免数据不一致的问题。相比之下，建造者模式在这种情况下提供了更好的解决方案，因为它能确保对象在构建完成之前是一个完整且一致的状态。

建造者模式 (Builder Pattern)

建造者模式通过引入Builder类来解决上述问题（既能保证像重看构造器模式那样的安全性，也能保证像JavaBeans模式那么好的可读性），保持了代码的清晰度和对象的完整性。

建造者模式通过链式调用来设置参数，既保证了代码的可读性，也确保了对象的完整性，尤其适合参数较多且有可选参数的情况。

它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构造器(或者静态工厂)，得到一个builder对象。然后客户端在 builder 对象上调用类似于 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方法来生成通常是不可变的对象。

在这个过程中，每次创建Car对象，都会先实例化一个Car.CarBuilder对象，然后通过一系列链式调用来设置属性，最后调用build()方法生成Car对象。虽然Builder模式提供了清晰的构建逻辑和良好的可读性，但每个Car对象的创建实际上涉及了两次对象实例化：一次是Builder对象，一次是最终的Car对象。

想象一个高性能的金融交易系统，每秒需要处理数百万次交易请求。为了优化内存使用和减少GC（垃圾回收）的压力，系统中的每一个环节都需尽可能地高效。在这样的系统中，交易对象的创建频繁且量大，哪怕是最小的性能损失也可能在大规模操作中被放大。

Builder模式不仅可以应用于单个类的复杂对象创建，也非常适合应用于类层次结构，以保持代码的一致性和扩展性。下面通过一个电子产品类层次结构的例子来说明这一点：假设我们有一个基本的Electronics类，以及它的两个子类Smartphone和Laptop，每个类都有其特有的属性。

首先，我们定义一个基础的Electronics类和对应的ElectronicsBuilder。抽象的Electronics类代表了一般的电子产品，包含了一些基础属性，比如品牌（brand）、型号（model）和价格（price）。同时定义了一个内部抽象类 ElectronicsBuilder，作为构建电子产品实例的模板。这个Builder类定义了一些通用的设置方法（如设置品牌、型号和价格），并且通过泛型参数 T 来确保Builder自身类型的安全返回，即所谓的 fluent interface（流畅接口）设计，让设置过程可以链式调用。

接下来，定义Smartphone类，它继承自Electronics，并新增了特有的属性 storageCapacity。相应的，我们也会创建一个SmartphoneBuilder来构建Smartphone实例。 SmartphoneBuilder继承自E lectronicsBuilder 。 SmartphoneBuilder 除了继承来的通用设置方法外，还添加了一个设置存储容量的方法。通过覆写 self() 方法返回当前Builder的类型，确保了类型安全和链式调用的延续。

同样地，定义Laptop类，对应的LaptopBuilder负责构建Laptop实例。Laptop类有自己的特性属性——屏幕尺寸（screenSize ）。对应的 LaptopBuilder 同样继承自ElectronicsBuilder的方法，并实现了自己的 self() 和 ElectronicsBuilder ，添加了设置屏幕尺 build() 方法，以适应 Laptop 的构建需求。