問題概述
隨著項(xiàng)目進(jìn)度不斷地深入，類的設(shè)計(jì)將會(huì)越來越復(fù)雜，常常遇到這樣的情況：設(shè)計(jì)的類要用到很多屬性，有的是必須要有的（required fields），有些是可有可無的（optional fields），這樣就要求向構(gòu)造器（constructors）傳遞眾多的參數(shù)，而如何合理構(gòu)建這樣需要大量參數(shù)的構(gòu)造器就會(huì)成為一個(gè)棘手的問題。
舉個(gè)例子，現(xiàn)在需要設(shè)計(jì)一個(gè)消息推送管理類，這個(gè)類被設(shè)計(jì)用來管理終端的推送消息服務(wù)，要求傳入和消息推送服務(wù)器鏈接的所需要的信息、需要關(guān)注的主題列表，能夠推送消息的主題列表以及各種配置選項(xiàng)信息。以上提到的這些信息都是正常啟動(dòng)服務(wù)所必需的，讀者雖然不一定能完全理解這個(gè)類要做什么，但是可以感受到如果將這么多的數(shù)據(jù)都一股腦在構(gòu)造器里傳入，將是個(gè)比較糟糕的設(shè)計(jì)，客戶端的代碼將是難以編寫和維護(hù)。
其實(shí)這樣的問題在工業(yè)界很常見，比如在著名的網(wǎng)絡(luò)通信框架Netty中，因?yàn)槭腔贜IO Socket通信，所以需要較為復(fù)雜的配置才能啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接。那Netty框架中是如何處理這個(gè)問題的呢？我們看下實(shí)例：
// Configure the bootstrap.
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//***Chain Builder Start***
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
.childHandler(new HexDumpProxyInitializer(REMOTE_HOST, REMOTE_PORT))
.childOption(ChannelOption.AUTO_READ, false)
ChannelFuture f = b.bind(LOCAL_PORT).sync();
f.channel().closeFuture().sync();
//***Chain Builder End***
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}```
這是一段標(biāo)準(zhǔn)Netty框架中啟動(dòng)服務(wù)器端的代碼，請(qǐng)注意從注釋Chain Builder開始的這段“怪異的”代碼，這是針對(duì)ServerBootstrap對(duì)象的鏈?zhǔn)脚渲茫阪準(zhǔn)脚渲眠^程中每次調(diào)用方法都會(huì)返回這個(gè)對(duì)象的自引用，以便于后續(xù)繼續(xù)調(diào)用配置方法，這樣就形成一個(gè)配置的“流水線”，在流水線上所有需要的參數(shù)都被傳入，最后用來生成目標(biāo)對(duì)象（這里的目標(biāo)對(duì)象是ChannelFuture對(duì)象）。這樣生成實(shí)例的模式被稱為“***Builder Pattern***”（建造者模式）。
可能有的讀者對(duì)于這樣的設(shè)計(jì)模式感到奇怪：“為什么要多此一舉把代碼連成一串，分開一個(gè)一個(gè)地調(diào)用方法不是更清晰嗎”？存在即合理， 要說明Builder Pattern優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景，我們首先要回顧下其他創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例的方法，經(jīng)過對(duì)比和分析之后，Builder Pattern的意義也就自然清晰了。
#傳統(tǒng)創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例的方法
最常見的解決方案是使用Telescoping Pattern（折疊模式）或者JavaBean模式。這兩種方法的利弊都很明顯，關(guān)于他們的分析文章很多，因?yàn)椴皇潜疚闹饕獌?nèi)容，所以只是簡(jiǎn)要討論。用興趣的讀者可以參考[這篇文章](http://blog.csdn.net/dm_vincent/article/details/8517175)深入了解。
1. Telescoping Pattern （TP）
應(yīng)用TP方法往往需要大量編寫的代碼，對(duì)于開發(fā)人員的壓力比較大，而且不易擴(kuò)展，只要新加一個(gè)要傳入的參數(shù)，就需要重新構(gòu)建一個(gè)新的構(gòu)造器。此外，當(dāng)參數(shù)很多時(shí)，由于傳入?yún)?shù)的順序是固定的，所以用戶往往需要查閱文檔才能找到應(yīng)該調(diào)用那種構(gòu)造器，用起來很不方便。過長(zhǎng)的參數(shù)列表也容易造成錯(cuò)誤，因參數(shù)順序錯(cuò)誤而造成的異常是很不好排查的。當(dāng)然，這樣的代碼閱讀起來也是很折磨，想一想一個(gè)構(gòu)造器有七八個(gè)參數(shù)，沒有注釋是很難區(qū)分他們的，錯(cuò)一個(gè)都會(huì)有問題的。
2. JavaBean Pattern（JBP）
為了更靈活，JBP走了另一個(gè)極端，只提供一個(gè)無參構(gòu)造方法，然后通過setters方法來設(shè)置必要的域和可選的域。這樣代碼的編寫和閱讀都變得更加容易，但是卻帶來了新的安全問題：用戶可能在必要屬性還沒有配置完全好的情況就開始使用類對(duì)象。
如何讓代碼優(yōu)雅地保持JBP方法的靈活性同時(shí)又有著TP方法的安全性，這邊是Builder Pattern要做到工作
#分析Builder Pattern
接下來我們看看Builder Pattern是如何工作的，下面是《Effective Java》中給出的例子：
//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;
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) {//Required parameters
this.servingSize = servingSize;
this.servings = servings;
}
public Builder calories(int val){
calories = val;
return this; // return self reference
}
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 desired type object
return new NutritionFacts(this);
}
}
private NutritionFacts(Builder builder) {
servingSize = builder.servingSize;
servings = builder.servings;
calories = builder.calories;
fat = builder.fat;
sodium = builder.sodium;
carbohydrate = builder.carbohydrate;
}
}```
Builder Pattern的工作一共分為三大步：
- 首先在類中創(chuàng)建靜態(tài)類Builder，其構(gòu)造函數(shù)中的參數(shù)為構(gòu)建類對(duì)象所必需的參數(shù)；
- 接下來調(diào)用setter-like方法設(shè)置其他備選參數(shù)，并且這些方法都會(huì)返回Builder對(duì)象的自引用；
- 最后通過build()方法，將整個(gè)Builder類實(shí)例傳遞給目標(biāo)類的私有構(gòu)造函數(shù)中，創(chuàng)建目標(biāo)對(duì)象。
最后創(chuàng)建對(duì)象的代碼范例是這樣的：
NutritionFactscocaCola = new NutritionFacts.Builder(240, 8).
calories(100).sodium(35).carbohydrate(27).build();```
也就是我們?cè)谏厦嫣岬芥準(zhǔn)脚渲谩＿@樣“流水線”配置可以優(yōu)雅清楚地設(shè)置所需的參數(shù)，同時(shí)，在通過Builder類的幫助下，只有在所有配置參數(shù)都設(shè)置完畢之后才會(huì)去生成對(duì)象，如果這個(gè)時(shí)候發(fā)現(xiàn)有參數(shù)沒有配置或者其值不符合要求，就可以在build()方法中直接拋出異常，避免生成對(duì)象。
所以Builder Pattern集TP和JBP的優(yōu)點(diǎn)于一身，安全而靈活，讀寫皆易懂，可擴(kuò)展能力強(qiáng)。
最后我們?cè)诨剡^頭來分析下前面提到的Netty框架中創(chuàng)建服務(wù)端Channel的代碼
ServerBootstrap b = new ServerBootstrap();
//Chain Builder Start
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
.childHandler(new HexDumpProxyInitializer(REMOTE_HOST, REMOTE_PORT))
.childOption(ChannelOption.AUTO_READ, false)
ChannelFuture f = b.bind(LOCAL_PORT).sync();
f.channel().closeFuture().sync(); ```
ServerBootstrap類就相當(dāng)于Builder類，用于輔助設(shè)置所需的參數(shù)（類的名字就可以看出它的作用，只不過獨(dú)立存在而沒有作為目標(biāo)類的內(nèi)部類），流水作業(yè)配置將引導(dǎo)用戶得到最終的目標(biāo)對(duì)象——ChannelFuture實(shí)例。
值得注意的是，因?yàn)檫€需要對(duì)ChannelFuture對(duì)象進(jìn)行連續(xù)操作，所以后面的操作繼續(xù)采用了Builder Pattern中鏈?zhǔn)讲僮鞯哪Ｊ剑瑏肀ＷC代碼編寫的流暢性和優(yōu)雅，直接如下那樣“一鏈到底”也是未嘗不可。
b.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
.childHandler(new HexDumpProxyInitializer(REMOTE_HOST, REMOTE_PORT))
.childOption(ChannelOption.AUTO_READ, false)
.bind(LOCAL_PORT).sync();
.channel().closeFuture().sync(); ```
這充分體現(xiàn)了Netty框架在設(shè)計(jì)上良苦用心，以及Builder Pattern內(nèi)在的精髓。
不過這里要說明的，Netty框架很是復(fù)雜，并不是簡(jiǎn)單的套用了某種設(shè)計(jì)模式，往往多種模式根據(jù)實(shí)際情況混合使用，來達(dá)到最佳效果。這里的Netty實(shí)例代碼其實(shí)并不是嚴(yán)格的Builder Pattern，但是卻將其精髓鏈?zhǔn)脚渲玫膬?yōu)勢(shì)完善地體現(xiàn)出來，這也就要閱讀優(yōu)質(zhì)源碼的原因。
如果你手上也有需要大量參數(shù)的構(gòu)造器或是需要連續(xù)配置和操作的對(duì)象，為什么不試試Builder Patter和鏈?zhǔn)脚渲媚兀?/code>