《Effective Java》学习心得——优雅而安全地构建Java对象

时间：2021-03-22 16:24:05

读了《Effective Java》这本书，感触良多。它刷新了我对Java语言的认识，纠正了原来的许多编程坏习惯。感叹Java的世界原来是如此丰富，内功对于一名技术人员是多么重要！本文记录本书的第2条建议——用构建器（Builder）优雅、安全地构建对象。

在Java中有多种方式可以创建对象，总结起来主要有下面的4种方式：

  1. 正常创建。通过new 操作符
  2. 反射创建。调用Class或java.lang.reflect.Constructor的newInstance()方法
  3. 克隆创建。调用现有对象的clone()方法
  4. 发序列化。调用java.io.ObjectInputStream的getObject()方法反序列化

Java对象的创建方式是其语法明确规定，用户不可能从外部改变的。本文仍然要使用上面的方式来创建对象，所以本文只能说是构建对象，而非创建对象也。

假设有这样一个场景，现在要构建一个大型的对象，这个对象包含许多个参数的对象，有些参数有些是必填的，有些则是选填的。那么如何构建优雅、安全地构建这个对象呢？

单一构造函数

通常，我们第一反应能想到的就是单一构造函数方式。直接new的方式构建，通过构造函数来传递参数，见下面的代码：

/***
* 单一构造函数
*/
public class Person {

// 姓名（必填）
private String name;

// 年龄（必填）
private int age;

// 身高（选填）
private int height;

// 毕业学校（选填）
private String school;

// 爱好（选填）
private String hobby;

public Person(String name, int age, int height, String school, String hobby) {
this.name = name;
this.age = age;
this.height = height;
this.school = school;
this.hobby = hobby;
        }
}

上面的构建方式有下面的缺点：

  1. 有些参数是可以选填的（如height, school），在构建Person的时候必须要传入可能并不需要的参数。
  2. 现在上面才5个参数，构造函数就已经非常长了。如果是20个参数，构造函数都可以直接上天了！
  3. 构建的这样的对象非常容易出错。客户端必须要对照Javadoc或者参数名来讲实参传入对应的位置。如果参数都是String类型的，一旦传错参数，编译是不会报错的，但是运行结果却是错误的。

多构造函数

对于第1个问题，我们可以通过构造函数重载来解决。见下面的代码：

/***
* 多构造函数
*/
public class Person {

// 姓名（必填）
private String name;

// 年龄（必填）
private int age;

// 身高（选填）
private int height;

// 毕业学校（选填）
private String school;

// 爱好（选填）
private String hobby;

public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
        }

public Person(String name,  int age, int height) {
this.name = name;
this.age = age;
this.height = height;
        }

public Person(String name,  int age, int height, String school) {
this.name = name;
this.age = age;
this.height = height;
this.school = school;
        }

public Person(String name,  int age, String hobby, String school) {
this.name = name;
this.age = age;
this.hobby = hobby;
this.school = school;
        }
}

上面的方式确实能在一定程度上降低构造函数的长度，但是却有下面的缺陷：

  1. 导致类过长。这种方式会使得Person类的构造函数成阶乘级增长。按理来说，应该要写的构造函数数是可选成员变量的组合数（实际并没有这么多，原因见第2点）。如果让我调用这样的类，绝对会在心里默念xx!!
  2. 有些参数组合无法重构。因为Java中重载是有限制的，相同方法签名的方法不能构成重载，编译时无法通过。譬如包含（name, age, school）和(name, age, hobby)的构造函数是不能重载的，因为shcool和hobby同为String类型。Java只认变量的类型，管你变量是什么含义呢。 （看脸的社会唉）

JavaBean方式

上面的方法不行，莫急！还有法宝——JavaBean。一个对象的构建通过多个方法来完成。直接见下面的代码：

public class Person {

// 姓名（必填）
private String name;

// 年龄（必填）
private int age;

// 身高（选填）
private int height;

// 毕业学校（选填）
private String school;

// 爱好（选填）
private String hobby;

public Person(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
        }

public void setHeight(int height) {
this.height = height;
        }

public void setSchool(String school) {
this.school = school;
        }

public void setHobby(String hobby) {
this.hobby = hobby;
        }
}

客户端使用这个对象的代码如下：

public class Client {

public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person("james", 12);
        person.setHeight(170);
        person.setHobby("reading");
        person.setSchool("xxx university");
    }
}

这样看起来完美的解决了Person对象构建的问题，使用起来非常优雅便捷。确实，在单一线程的环境中这确实是一个非常好的构建对象的方法，但是如果是在多线程环境中仍有其致命缺陷。在多线程环境中，这个对象不能安全地被构建，因为它不是不可变对象。一旦Person对象被构建，我们随时可通过setXXX()方法改变对象的内部状态。假设有一个线程正在执行与Person对象相关的业务方法，另外一个线程改变了其内部状态，这样得到莫名其妙的结果。由于线程运行的无规律性，使得这问题有可能不能重现，这个时候真的就只能哭了。（程序员真苦逼。。。）

Builder方式

为了完美地解决这个问题，下面引出本文中的主角（等等等等！）。我们使用构建器（Builder）来优雅、安全地构建Person对象。废话不说，直接代码：

/**
 * 待构建的对象。该对象的特点：
 * <ol>
 * <li>需要用户手动的传入多个参数，并且有多个参数是可选的、顺序随意</li>
 * <li>该对象是不可变的（所谓不可变，就是指对象一旦创建完成，其内部状态不可变，更通俗的说是其成员变量不可改变）。
 * 不可变对象本质上是线程安全的。</li>
 * <li>对象所属的类不是为了继承而设计的。</li>
 * </ol>
 * 满足上面特点的对象的构建可是使用下面的Build方式构建。这样构建对象有下面的好处：
 * <ol>
 * <li>不需要写多个构造函数，使得对象的创建更加便捷</li>
 * <li>创建对象的过程是线程安全的</li>
 * </ol>
 * @author xialei
 * @date 2015-5-2
 */
public class Person {

// 姓名（必填），final修饰name一旦被初始化就不能再改变，保证了对象的不可变性。
private final String name;

// 年龄（必填）
private final int age;

// 身高（选填）
private final int height;

// 毕业学校（选填）
private final String school;

// 爱好（选填）
private final String hobby;

/**
 * 这个私有构造函数的作用：
 * <ol>
 * <li>成员变量的初始化。final类型的变量必须进行初始化，否则无法编译成功</li>
 * <li>私有构造函数能够保证该对象无法从外部创建，并且Person类无法被继承</li>
 * </ol>
 */
private Person(String name, int age, int height, String school, String hobby) {
this.name = name;
this.age = age;
this.height = height;
this.school = school;
this.hobby = hobby;
    }

/**
 * 要执行的动作
 */
public void doSomething() {
// TODO do what you want!!
    }

/**
 * 构建器。为什么Builder是内部静态类？
 * <ol>
 * <li>必须是Person的内部类。否则，由于Person的构造函数私有，不能通过new的方式创建Person对象</li>
 * <li>必须是静态类。由于Person对象无法从外部创建，如果不是静态类，则外部无法引用Builder对象。</li>
 * </ol>
 * <b>注意</b>：Builder内部成员变量要与Person的成员变量保持一致。
 * @author xialei
 *
 */
public static class Builder {
// 姓名（必填）。注意：这里不能是final的
private String name;

// 年龄（必填）
private int age;

// 身高（选填）
private int height;

// 毕业学校（选填）
private String school;

// 爱好（选填）
private String hobby;

public Builder(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
        }

public Builder setHeight(int height) {
this.height = height;
return this;
        }

public Builder setSchool(String school) {
this.school = school;
return this;
        }

public Builder setHobby(String hobby) {
this.hobby = hobby;
return this;
        }

/**
 * 构建对象
 * @return 返回待构建的对象本身
 */
public Person build() {
return new Person(name, age, height, school, hobby);
        }
    }
}

客户端构建对象的方式见下面的代码：

/**
 * 使用Person对象的客户端
 * @author xialei
 * @date 2015-5-2
 */
public class Client {

public static void main(String[] args) {
/*
 * 通过链式调用的方式创建Person对象，非常优雅！
 */
        Person person = new Person.Builder("james", 12)
                                  .setHeight(170)
                                  .setHobby("reading")
                                  .build();
        person.doSomething();
    }
}

如果不想看代码，可看下面对于上面代码的总结：

  1. 通过private Person(..)使得Person类不可被继承
  2. 通过将Person类的成员变量设置为final类型，使得其不可变
  3. 通过Person内部的static Builder类来构建Person对象
  4. 通过将Builder类内部的setXXX()方法返回Builder类型本身，实现链式调用构建Person对象

总结

至此，我们就相对完美地解决这一类型的对象创建问题！下面来总结一下本文的重点。待创建的对象特点：

  • 需要用户手动的传入多个参数，并且有多个参数是可选的、顺序任意
  • 对象不可变
  • 对象所属的类不是为了继承而设计的。即类不能被继承

依次使用的对象构建方法：

  1. 单一构造函数
  2. 多构造函数
  3. JavaBean方式
  4. Builder方式

最终，通过比较得出Builder方法最为合适的解决。

附注

第一次写博客，现在才发现原来写博文真心是一件耗时耗力的事情。原来遇到问题都是第一时间搜索别人的博文，然后无偿窃取别人的劳动成果，觉得很惭愧！向那些将自己的研究成果无偿贡献给大众的牛人致敬！以后自己也要坚持地写下去！@2015-05-02注！
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