Javaのステップビルダーパターン：複雑なオブジェクト構築のための流れるようなインターフェースの作成

別名

• Fluent Builder（流れるようなビルダー）

ステップビルダーデザインパターンの目的

Javaのステップビルダーパターンは、複雑なオブジェクトを明確かつ柔軟に作成するための高度な手法です。段階的なオブジェクト構築が必要なシナリオに最適です。

実際の例を使用したステップビルダーパターンの詳細な説明

実世界の例

カスタムコンピューターを組み立てているシナリオを想像してみてください。このプロセスには、CPUの選択、マザーボードの選択、メモリの追加、グラフィックカードの選択、ストレージのインストールなど、いくつかの手順が含まれます。各ステップは前のステップに基づいて構築され、徐々に完全に機能するコンピューターを作成します。この段階的な組み立てプロセスは、ステップビルダーデザインパターンを反映しており、各コンポーネントが構造化された方法で正しく選択およびインストールされ、最終的に特定の要件と好みに合うカスタムビルドコンピューターが完成します。

簡単な言葉で

ステップビルダーパターンは、定義された一連のステップを通じて複雑なオブジェクトを段階的に構築し、作成プロセスにおける明確さと柔軟性を確保します。

Wikipediaによると

ステップビルダーパターンは、ビルダーデザインパターンのバリエーションであり、複雑なオブジェクトを段階的に構築するための柔軟なソリューションを提供するように設計されています。このパターンは、オブジェクトに複数の初期化ステップが必要な場合に特に役立ちます。初期化ステップを段階的に実行することで、作成プロセスにおける明確さと柔軟性を確保できます。

Javaにおけるステップビルダーパターンのプログラム例

Javaのステップビルダーパターンは、ビルダーパターンの拡張であり、オブジェクトの作成をステップバイステップでユーザーにガイドします。このパターンは、利用可能な次のステップメソッドのみを表示し、オブジェクトを構築する適切なタイミングになるまで構築メソッドを表示しないことにより、ユーザーエクスペリエンスを向上させます。

`name`、`fighterClass`、`wizardClass`、`weapon`、`spell`、`abilities`など、多くの属性を持つ`Character`クラスを考えてみましょう。

@Getter
@Setter
public class Character {

  private String name;
  private String fighterClass;
  private String wizardClass;
  private String weapon;
  private String spell;
  private List<String> abilities;

  public Character(String name) {
    this.name = name;
  }

  // toString method omitted
}

属性の数が多いと、このクラスのインスタンスを作成するのが複雑になる可能性があります。ここでステップビルダーパターンが役立ちます。

`Character`オブジェクトの作成をユーザーにガイドする`CharacterStepBuilder`クラスを作成します。

public class CharacterStepBuilder {

  // Builder steps and methods...

  public static NameStep newBuilder() {
    return new Steps();
  }

  // Steps implementation...
}

`CharacterStepBuilder`クラスは、一連のネストされたインターフェースを定義し、それぞれが構築プロセスにおけるステップを表します。各インターフェースは、次のステップのメソッドを宣言し、`Character`オブジェクトの構築をユーザーにガイドします。

public interface NameStep {
  ClassStep name(String name);
}

public interface ClassStep {
  WeaponStep fighterClass(String fighterClass);
  SpellStep wizardClass(String wizardClass);
}

// More steps...

`Steps`クラスは、これらすべてのインターフェースを実装し、最終的に`Character`オブジェクトを構築します。

private static class Steps implements NameStep, ClassStep, WeaponStep, SpellStep, BuildStep {

  private String name;
  private String fighterClass;
  private String wizardClass;
  private String weapon;
  private String spell;
  private List<String> abilities;

  // Implement the methods for each step...

  @Override
  public Character build() {
    return new Character(name, fighterClass, wizardClass, weapon, spell, abilities);
  }
}

これで、`Character`オブジェクトの作成はガイド付きのプロセスになります

public static void main(String[] args) {

    var warrior = CharacterStepBuilder
            .newBuilder()
            .name("Amberjill")
            .fighterClass("Paladin")
            .withWeapon("Sword")
            .noAbilities()
            .build();

    LOGGER.info(warrior.toString());

    var mage = CharacterStepBuilder
            .newBuilder()
            .name("Riobard")
            .wizardClass("Sorcerer")
            .withSpell("Fireball")
            .withAbility("Fire Aura")
            .withAbility("Teleport")
            .noMoreAbilities()
            .build();

    LOGGER.info(mage.toString());

    var thief = CharacterStepBuilder
            .newBuilder()
            .name("Desmond")
            .fighterClass("Rogue")
            .noWeapon()
            .build();

    LOGGER.info(thief.toString());
}

コンソール出力

12:58:13.887 [main] INFO com.iluwatar.stepbuilder.App -- This is a Paladin named Amberjill armed with a Sword.
12:58:13.889 [main] INFO com.iluwatar.stepbuilder.App -- This is a Sorcerer named Riobard armed with a Fireball and wielding [Fire Aura, Teleport] abilities.
12:58:13.889 [main] INFO com.iluwatar.stepbuilder.App -- This is a Rogue named Desmond armed with a with nothing.

実際の例を使用したステップビルダーパターンの詳細な説明

ステップビルダー

Javaでステップビルダーパターンを使用する場合

Javaのステップビルダーパターンは、以下の場合に使用されます

• 複数の初期化ステップを必要とするオブジェクトを構築する場合。
• オブジェクトの構築が複雑で、多くのパラメーターが含まれる場合。
• オブジェクトを段階的に構築するための明確で、読みやすく、保守しやすい方法を提供する場合。

ステップビルダーパターン Javaチュートリアル

• ステップビルダー (Marco Castigliego)

Javaにおけるステップビルダーパターンの実際のアプリケーション

• Javaアプリケーションの複雑な構成設定。
• 複数のフィールドを持つデータベースレコードのオブジェクトを構築する。
• 各ステップでインターフェースの異なる部分を構成するUI要素を構築する。

ステップビルダーパターンの利点と欠点

利点

• オブジェクトを構築するための明確で簡潔な方法を提供することにより、コードの可読性と保守性を向上させます。
• 構築プロセスのバリエーションを可能にするため、オブジェクトの作成における柔軟性を高めます。
• 構築プロセスをオブジェクトの表現から分離することにより、不変性を促進します。

欠点

• 必要な追加のクラスとインターフェースにより、コードが複雑になる場合があります。
• 多くのステップが含まれる場合、冗長なコードになる可能性があります。

関連するJavaデザインパターン

• ビルダー：どちらのパターンも複雑なオブジェクトの構築に役立ちます。ステップビルダーは、段階的な構築を重視したバリエーションです。
• 流れるようなインターフェース：オブジェクトを構築するための流れるようなAPIを提供するために、ステップビルダーパターンと組み合わせて使用されることがよくあります。
• ファクトリメソッド：ビルダー自体の作成ロジックをカプセル化するために、ステップビルダーパターンと組み合わせて使用されることがあります。

参考文献とクレジット

• Clean Code: アジャイルソフトウェア職人技ハンドブック
• Effective Java
• デザインパターン：再利用可能なオブジェクト指向ソフトウェアの要素