设计模式 - 生成器

5. 生成器（Builder）

意图

封装一个对象的构造过程，并允许按步骤构造。

类图

实现

以下是一个简易的 StringBuilder 实现，参考了 JDK 1.8 源码（JDK 9 起 value 改为 byte[]，扩容仍是原容量 × 2 + 2）。每次 append() 是一个构造步骤，返回 this 以便链式调用，最后由 toString() 得到最终的 String。

import java.util.Arrays;

public class AbstractStringBuilder {
    protected char[] value;

    protected int count;

    public AbstractStringBuilder(int capacity) {
        count = 0;
        value = new char[capacity];
    }

    public AbstractStringBuilder append(char c) {
        ensureCapacityInternal(count + 1);
        value[count++] = c;
        return this;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0)
            expandCapacity(minimumCapacity);
    }

    void expandCapacity(int minimumCapacity) {
        int newCapacity = value.length * 2 + 2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
            newCapacity = minimumCapacity;
        if (newCapacity < 0) {
            if (minimumCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
    }
}

public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {
    public StringBuilder() {
        super(16);
    }

    @Override
    public String toString() {
        // Create a copy, don't share the array
        return new String(value, 0, count);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        final int count = 26;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            sb.append((char) ('a' + i));
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

实际开发中更常见的是为参数很多的类提供生成器，例如 new User.Builder("tom").age(18).email("tom@example.com").build()：比一串重载的构造方法更易读，可选参数按需设置，并且可以在 build() 中统一校验，再创建不可变的对象。

JDK 中的应用

参考资料

弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007.
Gamma E. 设计模式：可复用面向对象软件的基础 [M]. 机械工业出版社, 2007.