构造模式实践

这是我第一篇文章（也是我关于这个主题的第一篇博客）。我记不清在哪读过这项内容（尽管我基本上确认是在Practices of an Agile Developer上看到的），但是写博客应该能帮助你全神贯注。具体点来说，通过花些时间来解释你所知道的东西，你能更好的理解它。

这也正是我想要努力去做的，通过解释一件事，继而进一步理解这件事。并且还有个额外的好处，当我回忆曾经做过的事情时，它是一个很好的集中地。希望在这过程中也能帮助到你们。

废话不多，让我们直奔主题——构造模式。我不打算分割成许多细节来讲，因为已经有非常多的稿件，书籍详细的说明过这个模式。反而，我会告诉你为什么，以及什么时候应该考虑使用它。然而，值得一提的是，这里所说的模式和四人帮书中的模式有些不同。尽管原始的模式聚焦于抽象出构建的步骤，这样通过改变建造者的实现就可以得到不同的结果，本篇所说的模式着眼于从多构造器，多可选参数以及过度使用的setter中移除不必要的复杂性。

想象下你有一个类，像下图所示有许多属性。假设你想让你的类不可变（顺便说一下，除非有一个好的理由不这样做，否则你应该坚持。但是我们会以另一种方式来达到要求。）

public class User {
private final String firstName; //required
private final String lastName; //required
private final int age; //optional
private final String phone; //optional
private final String address; //optional
...
}

现在，想象下你的类中有些属性是必须的，有些则是可选的。你将要如何创建你的对象？所有的属性都声明为final，所以你必须在构造器中给它们全部赋值，但是你也想给这个类的客户端忽略可选属性的机会。

第一个可行的选择是拥有一个只接受必要属性作为参数的构造器，还要一个构造器接受所有的必要属性以及第一个可选属性，再有一个构造器接受两个可选属性等等。它是什么样子呢？像下面这个样子：

public User(String firstName, String lastName) {
this(firstName, lastName, 0);
}

public User(String firstName, String lastName, int age) {
this(firstName, lastName, age, "");
}

public User(String firstName, String lastName, int age, String phone) {
this(firstName, lastName, age, phone, "");
}

public User(String firstName, String lastName, int age, String phone, String address) {
this.firstName = firstName;
this.lastName = lastName;
this.age = age;
this.phone = phone;
this.address = address;
}

这种方式来构建类的实例的好处是它能很好的工作。然而，这种方式的问题也很明显。当你只有几个属性时还好，但是当这个数字扩大时，代码就变的难以理解和维护了。

更重要的是，代码对客户端来说变的很难。客户端应该调用哪个构造器？有两个参数的？有三个参数的？那些不用传确切值的参数的默认值是多少？如果我想给地址赋值，但是不给age和phone赋值要怎么办？那种情况下，我就不得不调用接受所有参数的构造器，并且给那些不需要的传入不在乎的默认值。此外，几个类型相同的参数是很令人费解的。第一个String是电话还是地址？那么在这些情况下，我们还有其他选择吗？我们可以依照JavaBeans的约定，一个无参构造并且每个参数提供一个get和set。类似下面这个：

public class User {
private String firstName; // required
private String lastName; // required
private int age; // optional
private String phone; // optional
private String address; //optional

public String getFirstName() {
return firstName;
}
public void setFirstName(String firstName) {
this.firstName = firstName;
}
public String getLastName() {
return lastName;
}
public void setLastName(String lastName) {
this.lastName = lastName;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getPhone() {
return phone;
}
public void setPhone(String phone) {
this.phone = phone;
}
public String getAddress() {
return address;
}
public void setAddress(String address) {
this.address = address;
}
}

这种方式看起来容易理解和维护。作为客户端，我只需要创建一个空对象并且set我感兴趣的属性即可。那么这种方式有什么弊端呢？有两个主要弊端。第一个是类实例的不一致状态。如果你要用User的五个属性来创建一个User对象，那么在所有的setX方法调用前，对象处于不完全状态。这就意味着客户端的其他部分可能看到对象，并且假设它已经完成构造了，实际它并没有。方法的第二个缺点是对象可变。你丧失了不可变对象的所有好处。

幸运的是还有第三个选择，建造者模式，方案看起来是下面这样的。

public class User {
private final String firstName; // required
private final String lastName; // required
private final int age; // optional
private final String phone; // optional
private final String address; // optional

private User(UserBuilder builder) {
this.firstName = builder.firstName;
this.lastName = builder.lastName;
this.age = builder.age;
this.phone = builder.phone;
this.address = builder.address;
}

public String getFirstName() {
return firstName;
}

public String getLastName() {
return lastName;
}

public int getAge() {
return age;
}

public String getPhone() {
return phone;
}

public String getAddress() {
return address;
}

public static class UserBuilder {
private final String firstName;
private final String lastName;
private int age;
private String phone;
private String address;

public UserBuilder(String firstName, String lastName) {
this.firstName = firstName;
this.lastName = lastName;
}

public UserBuilder age(int age) {
this.age = age;
return this;
}

public UserBuilder phone(String phone) {
this.phone = phone;
return this;
}

public UserBuilder address(String address) {
this.address = address;
return this;
}

public User build() {
return new User(this);
}

}
}

有几个重点需要注意一下：

User的构造器是私有的，这就意味着客户端不能直接创建实例。
这个类是不可变的。所有属性都是final类型并且他们由构造器设置值。此外，我们只提供getter操作。
建造者使用流式接口习语来让客户端代码更易读（下面会有示例）。
建造者的构造器只接受两个必须的参数，并且这两个属性是仅有的被设置为final类型的，这样就能保证这些属性在构造器中是被赋值的。

建造者模式的使用拥有开始所提两种方案的所有优点，并且没有它们的缺点。客户代码更容易写，最重要的是更易读。关于这个模式，我听到的唯一缺点是必须要复制类的属性到建造者中。既然建造者类通常是它所建造类的一个静态成员类，它们能相当容易的一起演进。

那么，客户代码尝试创建一个新的User对象会是什么样的？让我们来看看：

public User getUser() {
return new
User.UserBuilder("Jhon", "Doe")
.age(30)
.phone("1234567")
.address("Fake address 1234")
.build();
}

很工整，不是吗？你能在一行内创建一个User对象，最重要的是它很容易理解。而且，你能确保，无论什么时候你拿到这个类的一个对象，它的状态都是完整的。

这个模式非常灵活。一个建造者可以通过在多次调用“build”之间改变属性用来创建多个对象。构造者甚至可以在两次调用之间自动补全一些生成的字段。例如id或其他序列号。

重点是，类似于构造器，建造者可以强制其参数的不变性。建造方法可以检查这些不变性，如果它们无效就抛出IllegalStateException异常。关键是可以在从建造者中拷贝参数到对象时检查，并且是在对象字段上检查而不是在构造器字段。这样做的理由是，既然建造者不是线程安全的，如果我们在实际创建对象前检查参数，参数值可能会在检查和拷贝之间被另一个线程改变。这个阶段的时间被认为是“易损窗口”。在我们的例子中看起来是如下这样的：

public User build() {
User user = new user(this);
if (user.getAge() > 120) {
throw new IllegalStateException(“Age out of range”); // thread-safe
}
return user;
}

之前的版本是线程安全的，因为我们先创建user然后检查不可变对象的不变性。下面的代码看起来功能一样，但是它不是线程安全的，你应该避免这样使用：

public User build() {
if (age > 120) {
throw new IllegalStateException(“Age out of range”); // bad, not thread-safe
}
// This is the window of opportunity for a second thread to modify the value of age
return new User(this);
}

最后一个优点是建造者可以被传入到一个方法中，来让这个方法为客户创建一个或多个对象，而不用知道任何对象创建的细节。你通常需要一个简单的接口来完成此功能：

public interface Builder {
T build();
}

在上面的例子中，UserBuilder类可以实现Builder接口。我们就可以使用下面这种方式：

UserCollection buildUserCollection(Builder<? extends User> userBuilder){...}

这真是个很长的首发文章。总结一下，建造者模式是处理超过一个参数的类的绝佳选择（这不是严格意义上的说法，但是我通常将接受四个属性的类当成使用这种模式的暗示），特别是如果大部分的参数是可选的。你的客户端代码会更易读，易写，易维护。此外，你的类可以保持不变，这点可以让你的代码更安全。

更新：如果你使用Eclipse作为你的IDE，有一些插件可以让你避免建造者中大部分的官样文章代码。下面这三个是比较推荐的：

http://code.google.com/p/bpep/
http://code.google.com/a/eclipselabs.org/p/bob-the-builder/
http://code.google.com/p/fluent-builders-generator-eclipse-plugin/

我个人还没使用过其中任何一种插件，所以对于哪个更好，我没办法提供一个指导性的意见。我估计其他IDE应该也有类似的插件。

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