Giới thiệu

Chào mừng anh em trở lại với chuỗi bài viết về Design Pattern trong lập trình hướng đối tượng. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng khám phá Builder Pattern - một trong những mẫu thiết kế sáng giá giúp đơn giản hóa quá trình khởi tạo đối tượng phức tạp.

Khi lập trình, đặc biệt là trong các ứng dụng lớn, việc tạo ra các đối tượng với nhiều tham số có thể trở thành một vấn đề nan giải. Các phương thức khởi tạo (constructor) truyền thống đôi khi gây khó khăn trong việc đọc, bảo trì, và dễ dẫn đến lỗi trong quá trình khởi tạo. Builder Pattern ra đời như một giải pháp hiệu quả, giúp chúng ta tách biệt quá trình xây dựng đối tượng khỏi cách thức biểu diễn của nó, đồng thời nâng cao tính linh hoạt và khả năng mở rộng khi tạo ra nhiều loại đối tượng khác nhau.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu rõ hơn về Builder Pattern, cấu trúc và cách triển khai nó qua ví dụ thực tế.

I. Khái Niệm và Kiến Trúc

1. Mục Đích

Theo cuốn Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software, định nghĩa của Builder Pattern như sau:

Tách biệt quy trình xây dựng một đối tượng phức tạp khỏi cách mà nó được thể hiện, để cùng một quy trình xây dựng có thể tạo ra các cách biểu diễn khác nhau.

Hai điểm chính có thể rút ra:

1. Tách biệt quy trình xây dựng khỏi cách thức biểu diễn.
2. Quy trình xây dựng có thể tạo ra các biểu diễn khác nhau cho cùng một loại đối tượng, từ đó giúp linh hoạt trong việc tạo ra nhiều loại đối tượng khác nhau với cấu trúc đa dạng.

2. Cấu Trúc

• Product: Đối tượng phức tạp cần được tạo ra, thường thì constructor sẽ được thiết lập là private để chỉ Builder thực hiện việc khởi tạo.
• Builder: Khai báo các phương thức để khởi tạo đối tượng Product.
• ConcreteBuilder: Triển khai các phương thức của Builder và có phương thức build() để trả về Product đã tạo.
• Director: Thành phần tùy chọn, sử dụng để chỉ dẫn cách Builder tạo ra Product. Sử dụng Director khi quá trình khởi tạo chia thành nhiều bước.

II. Ứng Dụng Builder Pattern

1. Xây Dựng Đối Tượng Phức Tạp

Khi đối tượng có nhiều tham số, việc sử dụng constructor truyền thống có thể dẫn đến nhầm lẫn và khó khăn. Theo best practice, nên giữ số lượng tham số dưới 7. Tuy nhiên, nếu constructor cần nhiều tham số hơn, chúng ta có thể sử dụng Builder Pattern để tối ưu hóa quá trình khởi tạo.

2. Telescoping Constructor

Đây là phương pháp tạo nhiều constructor với số lượng tham số khác nhau. Dù vậy, phương pháp này có nhược điểm là khi số tham số tăng lên, việc duy trì và mở rộng trở nên khó khăn hơn.

3. Tách Biệt Khởi Tạo và Logic

Builder Pattern giúp chúng ta tách biệt quá trình khởi tạo đối tượng khỏi logic xử lý của chương trình, giúp mã nguồn dễ bảo trì và mở rộng hơn.

4. Đảm Bảo Tính Bất Biến

Builder Pattern rất hữu ích trong các ứng dụng đa luồng, khi mà instance được khởi tạo thành công và không thể thay đổi trạng thái của nó.

III. Thực Hành Triển Khai Trong Java

Lấy ví dụ về việc sử dụng Builder Pattern để tạo đối tượng Car:

1. Cấu Trúc Tổng Quát

Car | Product: Đối tượng ôtô với các thông tin như hãng sản xuất, model, màu sắc và năm sản xuất.

public class Car {
  private String manufacturer;
  private String model;
  private String color;
  private int year;

  // Constructor, Getters và toString()
}

Builder | Builder: Khai báo các phương thức khởi tạo cho Product.

public interface Builder {
  void setManufacturer(String make);
  void setModel(String model);
  void setColor(String color);
  void setYear(int year);
}

CarBuilder | Concrete Builder: Triển khai các đặc điểm của Product và xây dựng đối tượng Car.

public class CarBuilder implements Builder {
  // Triển khai các phương thức khởi tạo
}

Director | Director: Định nghĩa quy trình xây dựng cho từng dòng xe.

public class Director {
  public void buildXForce(Builder builder) {
    // Quy trình xây dựng X-Force
  }
  public void buildSantafe(Builder builder) {
    // Quy trình xây dựng SantaFe
  }
}

2. Builder Với Kế Thừa và Method Chaining

Chúng ta có thể mở rộng Builder Pattern để hỗ trợ các đối tượng mới như xe điện ElectricCar.

public class ElectricCar extends Car {
  // Các thuộc tính và phương thức cho ElectricCar
}

IV. Kết Luận

Bài viết đã giúp anh em tìm hiểu về Builder Pattern, từ khái niệm và cấu trúc đến ứng dụng trong thực tế. Builder Pattern không chỉ giúp tối ưu hoá quy trình khởi tạo đối tượng mà còn nâng cao khả năng mở rộng và bảo trì cho mã nguồn. Hy vọng anh em có thể áp dụng kiến thức này vào dự án của mình để tạo ra những sản phẩm chất lượng hơn.

V. Tài Liệu Tham Khảo

1. Refactoring.guru
2. Head First Design Pattern - O'Reilly
3. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software - GoF

Nếu bài viết hữu ích, hãy ủng hộ bằng cách nhấn like và để lại nhận xét nhé. Anh em có thể theo dõi tôi qua LinkedIn để cập nhật các bài viết mới nhất.
source: viblo