Java高效编程（2）：面对多个构造参数时考虑使用构建器模式

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在Java编程中，静态工厂和构造函数都存在一个局限性：当可选参数数量较多时，它们的扩展性较差。以表示食品包装上营养成分标签的类为例，这些标签包含几个必需字段——如份量大小、每容器的份数和每份的卡路里——以及超过二十个可选字段，例如总脂肪、饱和脂肪、反式脂肪、胆固醇、钠等。大多数产品只有少数这些可选字段的值不为零。

在这种情况下，应该如何编写构造函数或静态工厂呢？传统上，程序员采用了“ telescoping constructor pattern”（逐层构造函数模式），这种模式提供了一个只接受必需参数的构造函数、一个接受一个可选参数的构造函数、一个接受两个可选参数的构造函数，依此类推，最终形成一个接受所有可选参数的构造函数。以下是这种模式的示例，为了简洁，仅显示了四个可选字段：

// 逐层构造函数模式 - 扩展性差！
public class NutritionFacts {
    private final int servingSize;  // (mL)  必需
    private final int servings;      // 必需
    private final int calories;      // 可选
    private final int fat;           // 可选
    private final int sodium;        // 可选
    private final int carbohydrate;  // (g/serving) 可选

    public NutritionFacts(int servingSize, int servings) {
        this(servingSize, servings, 0);
    }
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories) {
        this(servingSize, servings, calories, 0);
    }
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories, int fat) {
        this(servingSize, servings, calories, fat, 0);
    }
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories, int fat, int sodium) {
        this(servingSize, servings, calories, fat, sodium, 0);
    }
}

虽然这种方法在小范围内可行，但随着可选参数的增多，构造函数的数量迅速增加，导致代码难以管理和维护。

解决方案：构建器模式

为了应对这一挑战，可以采用构建器模式。这种模式允许逐步构建对象，并在创建时提供灵活性和可读性。下面是使用构建器模式重构 NutritionFacts 类的示例：

public class NutritionFacts {
    private final int servingSize;  // (mL)
    private final int servings;
    private final int calories;      // 可选
    private final int fat;           // 可选
    private final int sodium;        // 可选
    private final int carbohydrate;  // 可选

    private NutritionFacts(Builder builder) {
        this.servingSize = builder.servingSize;
        this.servings = builder.servings;
        this.calories = builder.calories;
        this.fat = builder.fat;
        this.sodium = builder.sodium;
        this.carbohydrate = builder.carbohydrate;
    }

    public static class Builder {
        private final int servingSize;  // (mL)
        private final int servings;
        private int calories = 0;        // 默认值
        private int fat = 0;             // 默认值
        private int sodium = 0;          // 默认值
        private int carbohydrate = 0;    // 默认值

        public Builder(int servingSize, int servings) {
            this.servingSize = servingSize;
            this.servings = servings;
        }

        public Builder calories(int val) {
            calories = val;
            return this;
        }

        public Builder fat(int val) {
            fat = val;
            return this;
        }

        public Builder sodium(int val) {
            sodium = val;
            return this;
        }

        public Builder carbohydrate(int val) {
            carbohydrate = val;
            return this;
        }

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

使用示例

使用构建器模式创建 NutritionFacts 实例变得简单且清晰：

NutritionFacts nutritionFacts = new NutritionFacts.Builder(240, 2)
        .calories(100)
        .fat(5)
        .sodium(10)
        .carbohydrate(20)
        .build();

这种方式不仅提高了可读性，还允许你在创建对象时轻松选择性地设置参数，从而避免了构造函数数量暴增的问题。构建器模式是处理多个构造参数的理想选择，特别是在面对许多可选字段时。