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构建者模式

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定义

构建者模式将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这个定义看起来文绉绉的不好理解。其实就是在创建对象时可以“按需”使用对象的的某个（某几个）属性，并在必要时对这些属性进行校验。

使用场景

构建者模式是用在创建对象的时候的，在创建对象的时候同时指定一个或多个属性值。这看起来是可以通过构造函数来实现的。比如对于对于 Student 类，可以通过以下的方式来实现：将类中的属性进行组合，然后依次写上构造函数。不过这对属性少的对象来说还可以，对属性多的对象，组合起来就很多了，而且以后增加一个属性又得进行大改动，同时还存在一个问题，就是属性的类型可能相同，导致部分组合无法实现。另外，对于属性个数多的构造函数，调用者也不太容易区分属性的个数，也不容易扩展，因此这种方式不太好。

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public class Student {
    private int id;
    
    private String name;

    public Student(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public Student(int id) {
        this.id = id;
    }

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
}

使用构造函数不满足要求，此时，我们很自然的就想到了可以是用 set 方法进行属性的设置。比如

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public class Student {
    private int id;

    private String name;

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

// 调用的地方
Student student = new Student();
student.setId(1);
student.setName("Alice")

这种方式可以让调用者自行决定设置某些值，也解决了构造函数过多组合的问题，但是这种方式存在其他的问题：

  1. 不能对属性值进行校验，即：满足某种条件时允许创建对象，不满足时不允许创建
  2. 可能存在无效状态的问题。

先说第一个问题：不能对属性值进行校验。使用 set 的方式看起来是可以对属性值进行校验的，比如对于 setId 这个函数，我可以在函数内部判断，如果 id 范围小于 0，则抛异常，如下所示

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public void setId(int id) {
    if (id < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("id is invalid")
    }
    
    this.id = id;
}

但是这是单个属性的判断，如果是多个属性联合判断就不满足了。比如要判断 id 小于 100 时，name 只能以 A 开头，这样在 Student 类内部就无法完成判断，只能让调用者进行判断，也就是说将这个控制权交给了调用方，万一调用者不进行判断，那这个限制条件就相当于无效了。

再说第二个问题，因为使用 set 的方式是先 new 一个空对象，再依次设置属性值的，那就存在一种情况，在 new 和 set 的过程中，对象是无效的（因为其他的属性值并没有设置好），此时如果获取到这个对象就可能出错。

针对以上几个问题，就产生了构建者模式的方式来创建对象。构建者模式是先将属性值设置好，然后最后按照这些值进行判断（如果需要的化），然后创建出具体的对象。

构建者模式也很简单，只需要在需要使用构建者模式的类创建一个内部类，然后对每个属性产生一个方法，最后统一暴露对外 build 方法即可。

例子

上文 Student 类的构建者代码如下

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public class Student {
    private int id;

    private String name;

    public Student(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    private class Builder {
        private int id;

        private String name;

        public Builder setId(int id) {
            if (id < 0) {
                throw new IllegalArgumentException("id is invalid");
            }

            this.id = id;
            return this;
        }

        public Builder setName(String name) {
            this.name = name;
            return this;
        }

        public Student build() {
            // 在构建最后一步，进行必要的校验
            if (id < 100 && !name.startsWith("A")) {
                throw new IllegalArgumentException("The id or name is invalid");
            }

            return new Student(id, name);
        }
    }
}

// 使用的地方
Student student = new Student.Builder()
                .setId(1)
                .setName("Bob")
                .build();

其他

构建者模式代码还是比较多的，如果构造函数或 set 方式能够满足要求，就没必要写太多代码用上构造者模式，或者使用 lombok 插件的 Builder 注解自动生成，不过使用 lombok 就需要项目组中所有成员都使用，不然就很乱。

参考资料

王争，《设计模式之美》