如何在Java中创建优雅的对象来提升程序性能

其实这个问题很多人都进行过解答，也有很多小伙伴在Java四大名著之一的《Effective Java》中的第1～5小节了解过，不过我还是想结合自己的理解对这个问题进行总结和归纳，谈谈为什么会最终选择构建器来实现我们的目的。

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：

正常创建：通过 new 操作符

反射创建：调用 Class 或 java.lang.reflect.Constructor 的 newInstance()方法

克隆创建：调用现有对象的 clone()方法

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？

1

01

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：

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。

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！

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。

2

02

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：

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!!

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）

3

03

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。。。）

4

04

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 xiaoyu
* @date 2020-10-25
*/
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 xiaoyu
*
*/
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 xiaoyu
* @date 2020-10-25
*/
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：

通过 private Person(..)使得 Person 类不可被继承

通过将 Person 类的成员变量设置为 final 类型，使得其不可变

通过 Person 内部的 static Builder 类来构建 Person 对象

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：

单一构造函数

多构造函数

JavaBean 方式

Builder 方式

最终，通过比较得出 Builder 方法最为合适的解决。

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