Builder模式与Java语法

Builder模式是在Java中最流行的模式之一。它很简单，有助于保持对象不可变，并且可以使用Project Lombok的@Builder或Immutables等工具生成，仅举几例。
模式的流畅变体示例：

public class User {

  private final String firstName;

  private final String lastName;

  User(String firstName, String lastName) {
    this.firstName = firstName;
    this.lastName = lastName;
  }

  public static Builder builder() {
      return new Builder();
  }

  public static class Builder {

    String firstName;
    String lastName;

    Builder firstName(String value) {
        this.firstName = value;
        return this;
    }

    Builder lastName(String value) {
        this.lastName = value;
        return this;
    }

    public User build() {
        return new User(firstName, lastName);
    }
  }
}

调用方式：

User.Builder builder = User.builder().firstName("Sergey").lastName("Egorov");

if (newRules) {
    builder.firstName("Sergei");
}

User user = builder.build();

解释：

User class是不可变的，一旦我们实例化它就无法更改。
它的构造函数具有包私有可见性，必须使用构建器来实例化实例User。
Builder的字段不是不可变的，可以在构建实例之前多次更改User。
builder流利并且返回this（类型Builder）并且可以链接。

有什么问题？

继承问题
想象一下，我们想扩展User类：(banq注：其实如果User类是DDD值对象，实际是 final class，不能再被继承了)。

public class RussianUser extends User {
    final String patronymic;

    RussianUser(String firstName, String lastName, String patronymic) {
        super(firstName, lastName);
        this.patronymic = patronymic;
    }

    public static RussianUser.Builder builder() {
        return new RussianUser.Builder();
    }

    public static class Builder extends User.Builder {

        String patronymic;

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

        public RussianUser build() {
            return new RussianUser(firstName, lastName, patronymic);
        }
    }
}

调用代码时会出错：

RussianUser me = RussianUser.builder()
    .firstName("Sergei") // returns User.Builder :(
    .patronymic("Valeryevich") // // Cannot resolve method!出错
    .lastName("Egorov")
    .build();

这里的问题是因为firstName有以下定义：

User.Builder firstName(String value) {
        this.value = value;
        return this;
    }

Java的编译器无法检测到this的意思是RussianUser.Builder而不是User.Builder！
我们甚至无法改变顺序：

RussianUser me = RussianUser.builder()
    .patronymic("Valeryevich")
    .firstName("Sergei")
    .lastName("Egorov")
    .build() // compilation error! User is not assignable to RussianUser
    ;

可能的解决方案：Self typing
解决它的一种方法是添加一个泛型参数User.Builder，指示要返回的类型：

 public static class Builder<SELF extends Builder<SELF>> {

    SELF firstName(String value) {
        this.firstName = value;
        return (SELF) this;
    }

并将其设置为RussianUser.Builder：

public static class Builder extends User.Builder<RussianUser.Builder> {

它现在有效：

RussianUser.builder()
    .firstName("Sergei") // returns RussianUser.Builder :)
    .patronymic("Valeryevich") // RussianUser.Builder
    .lastName("Egorov") // RussianUser.Builder
    .build(); // RussianUser

它还适用于多级继承：

class A<SELF extends A<SELF>> {

    SELF self() {
        return (SELF) this;
    }
}

class B<SELF extends B<SELF>> extends A<SELF> {}

class C extends B<C> {}

那么，问题解决了吗？好吧，不是真的... 基本类型不能轻易实例化！
因为它使用递归泛型定义，所以我们有一个递归问题！

new A<A<A<A<A<A<A<...>>>>>>>()

但是，它可以解决（除非你使用Kotlin）：

A a = new A<>();

在这里，我们依赖于Java的原始类型和钻石运算符<>。
但是，正如所提到的，它不适用于其他语言，如Kotlin或Scala，并且一般来说是这是一种黑客方式。

理想的解决方案：使用Java的Self typing

在继续阅读之前，我应该警告你：这个解决方案不存在，至少现在还没有。拥有它会很好，但目前我不知道任何JEP。PS谁知道如何提交JEP？;）

Self typing作为语言功能存在于Swift等语言中。

想象一下以下虚构的Java伪代码示例：

class A {

    @Self
    void withSomething() {
        System.out.println("something");
    }
}

class B extends A {
    @Self
    void withSomethingElse() {
        System.out.println("something else");
    }
}

调用：

new B()
    .withSomething() // replaced with the receiver instead of void
    .withSomethingElse();

如您所见，问题可以在编译器级别解决。事实上，有像Manifold的@Self这样的 javac编译器插件。

真正的解决方案：想一想
但是，如果不是试图解决返回类型问题，我们...删除类型？

public class User {

  // ...

    public static class Builder {

        String firstName;
        String lastName;

        void firstName(String value) {
            this.firstName = value;
        }

        void lastName(String value) {
            this.lastName = value;
        }

        public User build() {
            return new User(firstName, lastName);
        }
    }
}
public class RussianUser extends User {

    // ...

    public static class Builder extends User.Builder {

        String patronymic;

        public void patronymic(String patronymic) {
            this.patronymic = patronymic;
        }

        public RussianUser build() {
            return new RussianUser(firstName, lastName, patronymic);
        }
    }
}

调用方式：

RussianUser.Builder b = RussianUser.builder();
b.firstName("Sergei");
b.patronymic("Valeryevich");
b.lastName("Egorov");
RussianUser user = b.build(); // RussianUser

你可能会说，“这不是方便而且冗长，至少在Java中”。我同意，但......这是Builder的问题吗？
还记得我说过这个Builder是可变的吗？那么，为什么不利用它呢！

让我们将以下内容添加到我们的基础构建器中：

public class User {

  // ...

    public static class Builder {
        public Builder() {
            this.configure();
        }

        protected void configure() {}

并使用我们的构建器作为匿名对象：

RussianUser user = new RussianUser.Builder() {
    @Override
    protected void configure() {
        firstName("Sergei"); // from User.Builder
        patronymic("Valeryevich"); // From RussianUser.Builder
        lastName("Egorov"); // from User.Builder
    }
}.build();

继承不再是一个问题，但它仍然有点冗长。
这里是Java的另一个“特性”派上用场： Double brace initialization/双大括号初始化。
这里我们使用初始化块来设置字段。Swing / Vaadin人可能认识到这种模式;）
有些人不喜欢它（随意评论为什么，顺便说一句）。我不会在应用程序的性能关键部分使用它，但如果是，比方说，测试，那么这种方法似乎标记了所有检查：

可以与从Mammoths Age开始的任何Java版本一起使用。
对其他JVM语言友好。
简洁。
语言的本机特性，而不是黑客。

结论
我们已经看到，虽然Java不提供自键型语法，但我们可以通过使用Java的另一个功能来解决问题，而不会破坏替代JVM语言的体验。
虽然一些开发人员似乎认为双大括号初始化是一种反模式，但它实际上似乎对某些用例有其价值。毕竟，这只是匿名类中构造函数定义的糖。