ITEM 2: Builder Pattern

생성자와 정적 팩토리는 선택적 매개변수가 많을 때 적절히 대응하기 어렵다. 선택적 매개 변수가 많은 경우에 사용하는 생성자 패턴에 대해서 살펴 볼 것이다.

생성자 패턴 1. 점층적 생성자 패턴

점층적 생성자 패턴(telescoping constructor pattern)은 다음과 같이 필수 인자를 받는 생성자를 정의한 후, 선택적인자를 하나씩 추가해가며 정의하는 것이다.

public class Item {
  private final String itemCd; // 필수
  private final String itemNm; // 필수
  private final String ctgId;  // 필수
  private final BigDecimal price; // 선택
  private final String sellTypeCd; // 선택
  
  public Item(String itemCd, String itemNm, String ctgId){
    this(itemCd, itemNm, ctgId, 0);
  }
  
  public Item(String itemCd, String itemNm, String ctgId, BigDecimal price){
    this(itemCd, itemNm, ctgId, price, "10");
  }
  
  public Item(String itemCd, String itemNm, String ctgId, BigDecimal price, String sellTypeCd){
    this.itemCd = itemCd;
    this.itemNm = itemNm;
    this.ctgId = ctgId;
    this.price = price;
    this.sellTypeCd = sellTypeCd;
  }
  
}

예시에서는 인자가 5개라 간단해 보일 수 있지만, 매개변수가 더 늘어날 수록 코드를 작성하기 어려워지고, 가독성이 떨어지게 된다.

생성자 패턴 2. JavaBeans Pattern

자바빈즈 패턴은 매개변수가 없는 생성자로 객체를 만든 후 setter 메서드를 호출해 원하는 매개변수의 값을 설정하는 방식이다.

public class Item {
    private String itemCd; // 필수
    private String itemNm; // 필수
    private String ctgId;  // 필수
    private BigDecimal price; // 선택
    private String sellTypeCd; // 선택

    public Item() {}

    public void setItemCd(String itemCd){ this.itemCd = itemCd; }
    public void setItemNm(String itemNm){ this.itemNm = itemNm; }
    public void setCtgId(String ctgId){ this.ctgId = ctgId; }
    public void setPrice(BigDecimal price){ this.price = price; }
    public void setSellTypeCd(String sellTypeCd){ this.sellTypeCd = sellTypeCd; } 
  
}

Item item = new Item();
item.setItemCd("12345678");
item.setItemNm("Effective Java 3/E");
item.setCtgId("9999");
item.setPrice("36000");
item.setSellTypeCd("20");

자바빈즈 패턴은 점층적 생성자 패턴의 단점을 보완해 인스턴스 생성이 쉽고, 더 가독성이 좋아졌다.

하지만, 자바빈즈 패턴에서는 객체 하나를 만드려면 메서드를 여러 개 호출해야하고, 객체가 완전히 생성되기 전까지는 일관성(consistency)이 무너진 상태에 있게 된다. 일관성이 깨지므로 자바빈즈 패턴에서는 클래스를 불변으로 만들 수 없으며, 스레드 안정성을 얻으려면 개발자가 추가 작업을 해줘야한다. 이러한 단점을 보완하기 위해 freeze 메서드를 사용할 수 있으나, freeze 메서드를 확실히 호출해줬는지 컴파일러가 보증할 방법이 없어 런타임 오류에 취약하다.

생성자 패턴 3. Builder Pattern

빌더 패턴은 점층적 생성자 패턴의 안정성과 자바빈즈 패턴의 가독성을 겸비한 생성자 패턴이다.

public class Item {
    private final String itemCd; // 필수
    private final String itemNm; // 필수
    private final String ctgId;  // 필수
    private final BigDecimal price; // 선택
    private final String sellTypeCd; // 선택

    public static class Builder {
        private final String itemCd; // 필수
        private final String itemNm; // 필수
        private final String ctgId;  // 필수

        // 선택적 매개변수는 default 값으로 초기화
        private BigDecimal price = BigDecimal.ZERO; 
        private String sellTypeCd = "00";

        public Builder(String itemCd, String itemNm, String ctgId) {
            this.itemCd = itemCd;
            this.itemNm = itemNm;
            this.ctgId = ctgId;
        }

        public Builder price(BigDecimal price) {
            this.price = price;
            return this;
        }

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

        public Item build() {
            return new Item(this);
        }
    }
  
    private Item(Builder builder) {
        itemCd = builder.itemCd;
        itemNm = builder.itemNm;
        ctgId = builder.ctgId;
        price = builder.price;
        sellTypeCd = builder.sellTypeCd;
    }
  
}

Item item = new Item.Builder("12345678", "Effective Java 3/E", "9999").price(36000).sellTypeCd("90").build();

클라이언트는 필수 매개변수만으로 생성자를 호출해 빌더 객체를 얻고, 빌더 객체가 제공하는 setter 메서드들로 원하는 선택 매개변수들을 설정할 수 있다. 마지막으로 매개변수가 없는 build() 메서드를 호출해 필요한 객체를 얻을 수 있다. 이렇게 연쇄적으로 메서드를 호출하는 방법을 fluent API or method chaining이라 한다.

불변 : 어떠한 변경도 허용하지 않는다. 대표적으로 String 객체는 한번 만들어지면 절대 값을 바꿀 수 없는 불변 객체

불변식 : 프로그램이 실행되는 동안(혹은 정해진 기간) 반드시 만족해야하는 조건을 말한다. 변경을 허용할 수 는 잇으나, 주어진 조건 내에서만 허용한다는 뜻이다.

불변식을 보장하기 위해서는 빌더로 부터 매개변수를 복사한 후 해당 객체 필드도 검사해야한다.(item50) 검사시 잘못된 점을 발견하면 어떤 매개변수가 잘못되었는지에 대한 메세지를 담아 IllegalArgumentException (item75) 오류 발생을 해주면된다.

계층적으로 설계된 클래스

빌더 패턴은 계층적으로 설계된 클래스와 사용하기에 좋다.

public abstract class Allnco {
  public enum ApiType { ADD_ITEM, UPDATE_ITEM, UPDATE_IMAGE, UPDATE_PRC }
  final Set<ApiType> apiTypes;
  
  abstract static class Builder<T extends Builder<T>> {
    EnumSet<ApiType> apiTypes = EnumSet.noneOf(ApiType.class);
    
    public T addApiType(ApiType apiType){
      apiTypes.add(Objects.requireNonNull(apiType));
      return self();
    }
    
    abstract Allnco build();
    
    // 하위 클래스는 이 메서드를 overriding해 "this"를 반환하도록 구현해야함.
    protected abstract T self();
  }
  
  Allnco(Builder<?> builder){
    apiTypes = builder.apiTypes.clone();
  }
}

여기서 Allnco.Builder 클래스는 재귀적 타입 한정을 이용하는 제네릭 타입이다. 여기에 추가적으로 추상 메서드인 self() 를 추가해 하위 클래스에서 형 변환 하지 않고도 method chaining을 할 수 있다.

public class Gmarket extends Allnco{
    public enum Chnl { ONLINE, OUTLET, MART, DEPARTMENT, BUYING }
    private final Chnl chnl; // final -> immutable

    public static class Builder extends Allnco.Builder<Builder> {
        private final Chnl chnl;

        public Builder(Chnl chnl){
            this.chnl = Objects.requireNonNull(chnl);
        }

        @Override
        public Gmarket build(){
            return new Gmarket(this);
        }

        @Override
        protected Builder self(){
            return this;
        }
    }
    private Gmarket(Builder builder){
        super(builder);
        chnl = builder.chnl;
    }
}

public class Naver extends Allnco{
    private final boolean isHapi;

    public static class Builder extends Allnco.Builder<Builder> {
        public boolean isHapi = false;

        public Builder connectToHapi(){
            isHapi = true;
            return this;
        }

        @Override
        public Naver build(){
            return new Naver(this);
        }

        @Override
        protected Builder self(){
            return this;
        }

    }
    private Naver(Builder builder){
        super(builder);
        isHapi = builder.isHapi;
    }
}

Gmarket gmarket = new Gmarket.Builder(Gmarket.Chnl.MART).addApiType(Gmarket.ApiType.UPDATE_ITEM).addApiType(Gmarket.ApiType.UPDATE_PRC).build();

Naver naver = new Naver.Builder().addApiType(Naver.ApiType.ADD_ITEM).connectToHapi().build();

각각의 하위 클래스의 빌더가 정의한 build 메서드는 해당 하위 클래스(Naver, Gmarket)을 반환하도록 되어있다. 이렇게 하위 클래스의 메서드가 상위 클래스가 정의한 리턴 타입이 아닌, 그 하위 타입을 리턴하는 것을 Convariant return typing(공변 반환 타이핑)이라 한다. 이 기능으로 클라이언트가 형변환에 신경 쓰지 않고 빌더를 사용할 수 있다.

결론

빌더 패턴은 빌더 하나로 여러 객체를 만들 수 있고, 빌더에 넘기는 매개변수에 따라 다른 객체를 만들 수 있으므로 매우 유연하다.

하지만 객체를 만들려면, 그에 앞서 빌더부터 만들어야한다. 또한, 성능에 민감한 상황에서는 빌더 생성 비용이 문제가 될 수 있다. 또한 매개변수가 4개 이상이 되어야 값어치를 한다.

즉, 인자가 많은 생성자나 정적 팩터리가 필요한 클래스를 설계할 때, 대부분의 인자가 선택적 인자인 상황에 유용하다. 빌더는 점층적 생성자보다 간결하고, 자바빈즈보다 훨씬 안전하다.