概念定义

Builder模式是一步一步创建一个复杂对象的创建型模式。该模式将构建复杂对象的过程和它的部件解耦,使得构建过程和部件的表示隔离开来。

应用场景

  • 对象创建过程比较复杂,或对创建顺序或组合有依赖(经典Builder模式,可参阅GOF《设计模式》)。
  • 创建对象时所需参数较多,且包含较多可选参数(变种Builder模式,可参阅《Effective Java》构建器小节)。

示例代码

本节侧重变种Builder模式,示例代码如下:

public class RobustPerson {
// 必要参数
private final int id; // 所有属性都被final修饰
private final String name; // 可选参数
private final int age;
private final String gender;
private final double height;
private final int weight; private RobustPerson(Builder builder) { // 构造方法私有,即客户端不能直接创建RobustPerson对象
this.id = builder.id;
this.name = builder.name;
this.age = builder.age;
this.gender = builder.gender;
this.height = builder.height;
this.weight = builder.weight;
} public static final class Builder {
// 必要参数
private final int id; // 必要属性被final修饰
private final String name; // 可选参数
private int age;
private String gender;
private double height;
private int weight; public Builder(int id, String name) { this.id = id; this.name = name; } // 必要参数通过构造方法赋值 public Builder age(int age) { this.age = age; return this; } // 可选参数通过同名方法赋值
public Builder gender(String gender) { this.gender = gender; return this; }
public Builder height(double height) { this.height = height; return this; }
public Builder weight(int weight) { this.weight = weight; return this; } public RobustPerson build() {
RobustPerson person = new RobustPerson(this);
// 复杂业务语义校验,对于校验不通过场景,抛出异常
if (person.height != 0 && person.weight != 0) { // Builder对象并非线程安全的,不能用this.xxx校验
double bmi = person.weight / (person.height * person.height);
if (bmi < 18 || bmi > 25) { // 身体质量指数(BMI)低于18或高于25时表示不健康
throw new IllegalArgumentException(person.name+" NOT A ROBUST PERSON!");
}
}
return person;
}
} public Builder toBuilder() { // 克隆
return new Builder(this.id, this.name).age(this.age)
.gender(this.gender).height(this.height).weight(this.weight);
} @Override
public String toString() {
return name + "{" + "id=" + id + ", age=" + age + ", gender='" + gender + '\'' +
", height=" + height + "m, weight=" + weight + "kg}";
}
}

测试类如下:

public class BuilderTest {
public static void main(String[] args) {
RobustPerson jack = new RobustPerson.Builder(1, "Jack")
.age(18).gender("male").height(1.70).weight(65).build();
System.out.println(jack); System.out.println("Jack keeps eating too much...");
System.out.println(jack.toBuilder().weight(80).build());
}
}

运行后输出:

Jack{id=1, age=18, gender='male', height=1.7m, weight=65kg}
Jack keeps eating too much...
Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Jack NOT A ROBUST PERSON!
at builder.RobustPerson$Builder.build(RobustPerson.java:48)
at builder.BuilderTest.main(BuilderTest.java:14)

关键特点

结合上节示例代码,可知Builder模式创建对象具有以下特点:

  • RobustPerson类的构造方法是私有的,即客户端不能直接创建RobustPerson对象。
  • RobustPerson类不可变(线程安全的): 所有属性都被final修饰,在构造方法中设置参数值,并且不对外提供Setter方法(Getter方法可选)。
  • 静态内部类Builder与RobustPerson拥有相同的成员变量,且Builder内通过构造方法处理final修饰的必要参数,通过同名方法处理可选参数。
  • Builder内的build()方法调用RobustPerson的私有构造函数来创建RobustPerson对象,且客户端只能通过该build()方法创建对象(从而避免Invalid状态)。
  • Builder对象并不具有线程安全性。如果需要对RobustPerson对象的参数强加约束条件,应对build()方法所创建的RobustPerson对象进行检验。
  • 当创建多个对象且对象大多数属性值都相同时,通过toBuilder()可简单高效地克隆对象,仅针对不同的属性重新设置值。
  • Builder模式使用链式调用,可读性更佳。

但Builder模式也不可避免地存在自身的缺点。例如:

  • 创建对象前必须先创建它的构建器,消耗内存(若仅需要链式调用可仿照Builder类定义目标类)。
  • Builder模式存在冗长的样板代码(可借助InnerBuilder或Lombok插件自动生成)。

业界实践

  • StringBuilder(JDK)
  • JobBuilder(quartz-2.3.0.jar)
  • SessionFactoryBuilder等(hibernate-core-5.3.6.Final.jar)

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