遇到多个构造器参数时要考虑用构建器

    静态工厂和构造器有个共同的局限性：它们都不能很好地扩展到大量的可选参数。考虑用一个类表示包装食品外面显示的养分成份标签。这些标签中有几个域是必需的：每份的含量、每罐的含量以及每份的卡路里，还有超过20个可选域：总脂肪量、饱和脂肪量、转化脂肪、胆固醇、钠等等。大多数产品都只有几个可选域中会有非零的值。

    对于这样的类，应该用哪一种构造器或者静态方法来编写呢？程序员一贯习惯采用telescoping constructor模式，在这种模式下，你提供一个只有必要参数的构造器，第二个构造器有一个可选参数，第三个有两个可选参数，依此类推，最后一个构造器包含全部可选参数。下面有个示例，为了简单起见，它只显示四个可选域：

// Telescoping constructor pattern - does not scale well!
public class NutritionFacts {
    private final int servingSize; // (mL) required
    private final int servings; // (per container) required
    private final int calories; // optional
    private final int fat; // (g) optional
    private final int sodium; // (mg) optional
    private final int carbohydrate; // (g) optional
    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);
    }
    public NutritionFacts(int servingSize, int servings, int calories, int fat,
        int sodium, int carbohydrate) {
        this.servingSize = servingSize;
        this.servings = servings;
        this.calories = calories;
        this.fat = fat;
        this.sodium = sodium;
        this.carbohydrate = carbohydrate;
    }
}

当你想要建立实例的时候，就利用参数列表最短的构造器，但该列表中包含了要设置的全部参数：

NutritionFacts cocaCola =new NutritionFacts(240, 8, 100, 0, 35, 27);

    这个构造器调用一般须要许多你本不想设置的参数，但仍是不得不为它们传递值。在这种状况下，咱们给fat传递了一个值为0。若是"仅仅"是这6个参数，看起来还不算太糟，问题是随着参数数目的增长，它很快就失去了控制。

    一句话：telescoping constructor模式可行，可是当有许多参数的时候，客户端代码会很难编写，而且仍然较难以阅读。若是读者想知道那些值是什么意思，必须很仔细地数着这些参数来探个究竟。一长串相同的类型参数会致使一些微妙的错误。若是客户端不当心颠倒了这两种参数，编译器也不会出错，可是程序在运行时会出现错误的行为。

    遇到许多构造器参数的时候，还有第二种代替办法，即JavaBeans模式，在这种模式下，调用一个无参构造器来建立对象，而后调用setter方法来设置每一个必要的参数，以及每一个相关的可选参数：

// JavaBeans Pattern - allows inconsistency, mandates mutability
public class NutritionFacts {
    // Parameters initialized to default values (if any)
    private int servingSize = -1; // Required; no default value
    private int servings = -1; // " " " "
    private int calories = 0;
    private int fat = 0;
    private int sodium = 0;
    private int carbohydrate = 0;
    public NutritionFacts() {
    }
    // Setters
    public void setServingSize(int val) {
        servingSize = val;
    }
    public void setServings(int val) {
        servings = val;
    }
    public void setCalories(int val) {
        calories = val;
    }
    public void setFat(int val) {
        fat = val;
    }
    public void setSodium(int val) {
        sodium = val;
    }
    public void setCarbohydrate(int val) {
        carbohydrate = val;
    }
}

    这种模式不具有telescoping constructor模式的任何缺点。说得明白一点，就是建立实例很容易，这样产生的代码读起来也很容易：

NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts();
cocaCola.setServingSize(240);
cocaCola.setServings(8);
cocaCola.setCalories(100);
cocaCola.setSodium(35);
cocaCola.setCarbohydrate(27);

    遗憾的是，JavaBeans模式自身有着很严重的缺点。由于构造过程被分到了几个调用中，在构造过程当中JavaBean可能处于不一致的状态。类没法仅仅经过检验构造器参数的有效性来保证一致性。试图使用处于不一致状态的对象，将会致使失败，这种失败与包含错误的代码截然不同，所以它调试起来十分困难。与此相关的另外一点不足在于，JavaBeans模式防止了把类作成不可变的可能（见第15条），这就须要程序员付出格外努力来确保它的线程安全。

    当对象的构造完成，而且不容许在解冻以前使用时，经过手工"冻结"对象，能够弥补这些不足，可是这种方式十分笨拙，在实践中不多使用。此外，它甚至会在运行时致使错误，由于编译器没法确保程序员会在使用以前先在对象上调用freeze方法。

    幸运的是，还有第三种替代方法，既能保证像telescoping constructor模式那样的安全性，也能保证像JavaBeans模式那么好的的可读性。这就是Builder模式[Gamma95，p.97]的一种形式。不直接生成想要的对象，而是让客户端利用全部必要的参数调用构造器（或者静态工厂），获得一个builder对象。而后客户端在builder对象上调用相似于setter的方法，来设置每一个相关的可选参数。最后，客户端调用无参的build方法来生成不可变的对象。这个builder是它构建的类的静态成员类（见第22条）。下面就是它的示例：

// Builder Pattern
public class NutritionFacts {
    private final int servingSize;
    private final int servings;
    private final int calories;
    private final int fat;
    private final int sodium;
    private final int carbohydrate;
    private NutritionFacts(Builder builder) {
        servingSize = builder.servingSize;
        servings = builder.servings;
        calories = builder.calories;
        fat = builder.fat;
        sodium = builder.sodium;
        carbohydrate = builder.carbohydrate;
    }
    public static class Builder {
        // Required parameters
        private final int servingSize;
        private final int servings;
        // Optional parameters - initialized to default values
        private int calories = 0;
        private int fat = 0;
        private int carbohydrate = 0;
        private int sodium = 0;
        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 carbohydrate(int val) {
            carbohydrate = val;
            return this;
        }
        public Builder sodium(int val) {
            sodium = val;
            return this;
        }
        public NutritionFacts build() {
            return new NutritionFacts(this);
        }
    }
}

注意NutritionFacts是不可变的，全部的默认参数值都单独放在一个地方。builder的setter方法返回builder自己，以即可以把调用连接起来。下面就是客户端代码：

NutritionFacts cocaCola = new NutritionFacts.Builder(240, 8).
calories(100).sodium(35).carbohydrate(27).build();

    这样的客户端代码很容易编写，更为重要的是，易于阅读。builder模式模拟了具名的可选参数，就像Ada和Python中的同样。

    builder像个构造器同样，能够在它的参数中强加约束条件。build方法能够检验这些约束条件。将参数从builder拷贝到对象中以后，并在对象域而不是builder域（见第39条）中对它们进行检验，这个很重要。若是违反了任何约束条件，build方法就应该抛出IllegalStateException（见第60条）。异常的详细方法应该显示出违反了哪一个约束条件。

    对多个参数强加约束条件的另外一种方法是，用setter方法提供某个约束条件必须持有的全部参数。若是该约束条件没有获得知足，setter方法就会抛出IllegalArgumentException。这有个好处，就是一旦传递了无效的参数，当即就会发现约束条件失败，而不是等着调用build方法。

    与构造器相比，builder的一点微略优点在于，builder能够有多个varargs参数。构造器就像方法同样，只能有一个varargs参数。由于builder利用单独的方法来设置每一个参数，你想要多少个varargs参数，它们就能够有多少个，直到每一个setter方法都有一个varargs参数。

    Builder模式十分灵活，能够利用单个builder构建多个对象。builder的参数能够在建立对象期间进行调整，也能够随着不一样的对象而改变。builder能够自动填充某些域，例如每次建立对象时自动增长序列号。

    设置了参数的builder生成了一个很好的抽象工厂（Abstract Factory）[Gamma95，p.87]。换句话说，客户端能够将这样一个builder传给方法，使该方法可以为客户端建立一个或者多个对象。要使用这种用法，须要有个类型来表示builder。若是使用的是发行版本1.5或者更新的版本，一个单独的泛型（见第26条）就能知足全部的builder，不管它们在构建哪一种类型的对象：

// A builder for objects of type T
public interface Builder {
    public T build();
}

注意，能够声明NutritionFacts.Builder类来实现Builder 。

    带有Builder实例的方法一般利用有限制的通配符类型（bounded wildcard type，见第28条）来约束构建器的类型参数。例如，下面就是构建每一个节点的方法，它利用一个客户端提供的Builder实例构建树：

Tree buildTree(Builder nodeBuilder) { ... }

    Java中传统的抽象工厂实现是Class对象，用newInstance方法充当build方法的一部分。这种用法隐含着许多问题。newInstance方法老是企图调用类的无参构造器，这个构造器甚至可能根本不存在。若是类没有能够访问的无参构造器，你也不会收到编译时错误。相反，客户端代码必须在运行时处理InstantiationException或者IllegalAccessException，这样既不雅观也不方便。newInstance方法还会传播由无参构造器抛出的任何异常，即便newInstance缺少相应的throws子句。换句话说，Class.newInstance破坏了编译时的异常检查。上面讲过的Builder接口弥补了这些不足。

    Builder模式的确也有它自身的不足。为了建立对象，必须先建立它的构建器。虽然建立构建器的开销在实践中可能不那么明显，可是在某些十分注重性能的状况下，可能就是个问题了。Builder模式还比telescoping constructor模式更加冗长，所以它只在有足够参数的时候才使用，好比4个或者更多个参数。可是记住，未来你可能须要添加参数。若是一开始就使用构造器或者静态工厂，等到类须要多个参数时才添加构建器，就会没法控制，那些过期的构造器或者静态工厂显得十分不协调。所以，一般最好一开始就使用构建器。

    简而言之，若是类的构造器或者静态工厂中具备多个参数，设计这种类时，Builder模式就是种不错的选择，特别是当大多数参数都是可选的时候。与使用传统的telescoping constructor模式相比，使用Builder模式的客户端代码将更易于阅读和编写，builders也比JavaBeans更加安全。