Subclassificando uma Classe Java Builder

Dê este artigo ao Dr. Dobbs e o Padrão do construtor em particular, como lidamos com o caso de subclassificar um construtor? Tomando uma versão resumida do exemplo em que queremos incluir uma subclasse para adicionar rotulagem de OGM, uma implementação ingênua seria:

public class NutritionFacts {                                                                                                    

    private final int calories;                                                                                                  

    public static class Builder {                                                                                                
        private int calories = 0;                                                                                                

        public Builder() {}                                                                                                      

        public Builder calories(int val) { calories = val; return this; }                                                                                                                        

        public NutritionFacts build() { return new NutritionFacts(this); }                                                       
    }                                                                                                                            

    protected NutritionFacts(Builder builder) {                                                                                  
        calories = builder.calories;                                                                                             
    }                                                                                                                            
}

Subclasse:

public class GMOFacts extends NutritionFacts {                                                                                   

    private final boolean hasGMO;                                                                                                

    public static class Builder extends NutritionFacts.Builder {                                                                 

        private boolean hasGMO = false;                                                                                          

        public Builder() {}                                                                                                      

        public Builder GMO(boolean val) { hasGMO = val; return this; }                                                           

        public GMOFacts build() { return new GMOFacts(this); }                                                                   
    }                                                                                                                            

    protected GMOFacts(Builder builder) {                                                                                        
        super(builder);                                                                                                          
        hasGMO = builder.hasGMO;                                                                                                 
    }                                                                                                                            
}

Agora, podemos escrever código assim:

GMOFacts.Builder b = new GMOFacts.Builder();
b.GMO(true).calories(100);

Mas, se errarmos o pedido, tudo falhará:

GMOFacts.Builder b = new GMOFacts.Builder();
b.calories(100).GMO(true);

É claro que o problema NutritionFacts.Builderretorna um NutritionFacts.Builder, não um GMOFacts.Builder, então como resolvemos esse problema ou existe um padrão melhor para usar?

Nota: esta resposta a uma pergunta semelhante oferece as classes que tenho acima; minha pergunta é sobre o problema de garantir que as chamadas do construtor estejam na ordem correta.

Você pode resolvê-lo usando genéricos. Eu acho que isso é chamado de "padrões genéricos curiosamente recorrentes"

Torne o tipo de retorno dos métodos do construtor da classe base um argumento genérico.

public class NutritionFacts {

    private final int calories;

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

        private int calories = 0;

        public Builder() {}

        public T calories(int val) {
            calories = val;
            return (T) this;
        }

        public NutritionFacts build() { return new NutritionFacts(this); }
    }

    protected NutritionFacts(Builder<?> builder) {
        calories = builder.calories;
    }
}

Agora instancie o construtor de base com o construtor de classe derivado como o argumento genérico.

public class GMOFacts extends NutritionFacts {

    private final boolean hasGMO;

    public static class Builder extends NutritionFacts.Builder<Builder> {

        private boolean hasGMO = false;

        public Builder() {}

        public Builder GMO(boolean val) {
            hasGMO = val;
            return this;
        }

        public GMOFacts build() { return new GMOFacts(this); }
    }

    protected GMOFacts(Builder builder) {
        super(builder);
        hasGMO = builder.hasGMO;
    }
}

Apenas para o registro, para se livrar do

unchecked or unsafe operations Aviso

para a return (T) this;declaração como @dimadima e @Thomas N. falam, a solução a seguir se aplica em certos casos.

Faça abstracto construtor que declara o tipo genérico ( T extends Builderneste caso) e declareprotected abstract T getThis() o método abstrato da seguinte maneira:

public abstract static class Builder<T extends Builder<T>> {

    private int calories = 0;

    public Builder() {}

    /** The solution for the unchecked cast warning. */
    public abstract T getThis();

    public T calories(int val) {
        calories = val;

        // no cast needed
        return getThis();
    }

    public NutritionFacts build() { return new NutritionFacts(this); }
}

Consulte http://www.angelikalanger.com/GenericsFAQ/FAQSections/ProgrammingIdioms.html#FAQ205 para obter mais detalhes.

Com base em uma postagem de blog , essa abordagem exige que todas as classes não-folha sejam abstratas e todas as classes de folha devem ser finais.

public abstract class TopLevel {
    protected int foo;
    protected TopLevel() {
    }
    protected static abstract class Builder
        <T extends TopLevel, B extends Builder<T, B>> {
        protected T object;
        protected B thisObject;
        protected abstract T createObject();
        protected abstract B thisObject();
        public Builder() {
            object = createObject();
            thisObject = thisObject();
        }
        public B foo(int foo) {
            object.foo = foo;
            return thisObject;
        }
        public T build() {
            return object;
        }
    }
}

Então, você tem alguma classe intermediária que estende essa classe e seu construtor, e quantas mais você precisar:

public abstract class SecondLevel extends TopLevel {
    protected int bar;
    protected static abstract class Builder
        <T extends SecondLevel, B extends Builder<T, B>> extends TopLevel.Builder<T, B> {
        public B bar(int bar) {
            object.bar = bar;
            return thisObject;
        }
    }
}

E, finalmente, uma classe de folhas de concreto que pode chamar todos os métodos do construtor em qualquer um de seus pais em qualquer ordem:

public final class LeafClass extends SecondLevel {
    private int baz;
    public static final class Builder extends SecondLevel.Builder<LeafClass,Builder> {
        protected LeafClass createObject() {
            return new LeafClass();
        }
        protected Builder thisObject() {
            return this;
        }
        public Builder baz(int baz) {
            object.baz = baz;
            return thisObject;
        }
    }
}

Em seguida, você pode chamar os métodos em qualquer ordem, a partir de qualquer uma das classes na hierarquia:

public class Demo {
    LeafClass leaf = new LeafClass.Builder().baz(2).foo(1).bar(3).build();
}

Você pode substituir também o calories()método e deixá-lo retornar o construtor de extensão. Isso é compilado porque o Java suporta tipos de retorno covariantes .

public class GMOFacts extends NutritionFacts {
    private final boolean hasGMO;
    public static class Builder extends NutritionFacts.Builder {
        private boolean hasGMO = false;
        public Builder() {
        }
        public Builder GMO(boolean val)
        { hasGMO = val; return this; }
        public Builder calories(int val)
        { super.calories(val); return this; }
        public GMOFacts build() {
            return new GMOFacts(this);
        }
    }
    [...]
}

Há também outra maneira de criar classes de acordo com o Builderpadrão, que está de acordo com "Preferir composição sobre herança".

Defina uma interface que a classe pai Builderherdará:

public interface FactsBuilder<T> {

    public T calories(int val);
}

A implementação de NutritionFactsé quase a mesma (exceto para Builderimplementar a interface 'FactsBuilder'):

public class NutritionFacts {

    private final int calories;

    public static class Builder implements FactsBuilder<Builder> {
        private int calories = 0;

        public Builder() {
        }

        @Override
        public Builder calories(int val) {
            return this;
        }

        public NutritionFacts build() {
            return new NutritionFacts(this);
        }
    }

    protected NutritionFacts(Builder builder) {
        calories = builder.calories;
    }
}

A Builderclasse de uma criança deve estender a mesma interface (exceto implementação genérica diferente):

public static class Builder implements FactsBuilder<Builder> {
    NutritionFacts.Builder baseBuilder;

    private boolean hasGMO = false;

    public Builder() {
        baseBuilder = new NutritionFacts.Builder();
    }

    public Builder GMO(boolean val) {
        hasGMO = val;
        return this;
    }

    public GMOFacts build() {
        return new GMOFacts(this);
    }

    @Override
    public Builder calories(int val) {
        baseBuilder.calories(val);
        return this;
    }
}

Observe que esse NutritionFacts.Builderé um campo dentro GMOFacts.Builder(chamado baseBuilder). O método implementado a partir do método de FactsBuilderchamadas de interface baseBuildercom o mesmo nome:

@Override
public Builder calories(int val) {
    baseBuilder.calories(val);
    return this;
}

Há também uma grande mudança no construtor de GMOFacts(Builder builder). A primeira chamada no construtor para o construtor da classe pai deve passar apropriada NutritionFacts.Builder:

protected GMOFacts(Builder builder) {
    super(builder.baseBuilder);
    hasGMO = builder.hasGMO;
}

A implementação completa da GMOFactsclasse:

public class GMOFacts extends NutritionFacts {

    private final boolean hasGMO;

    public static class Builder implements FactsBuilder<Builder> {
        NutritionFacts.Builder baseBuilder;

        private boolean hasGMO = false;

        public Builder() {
        }

        public Builder GMO(boolean val) {
            hasGMO = val;
            return this;
        }

        public GMOFacts build() {
            return new GMOFacts(this);
        }

        @Override
        public Builder calories(int val) {
            baseBuilder.calories(val);
            return this;
        }
    }

    protected GMOFacts(Builder builder) {
        super(builder.baseBuilder);
        hasGMO = builder.hasGMO;
    }
}

Um exemplo completo de três níveis de herança de vários construtores seria assim :

(Para a versão com um construtor de cópias para o construtor, veja o segundo exemplo abaixo)

Primeiro nível - pai (potencialmente abstrato)

import lombok.ToString;

@ToString
@SuppressWarnings("unchecked")
public abstract class Class1 {
    protected int f1;

    public static class Builder<C extends Class1, B extends Builder<C, B>> {
        C obj;

        protected Builder(C constructedObj) {
            this.obj = constructedObj;
        }

        B f1(int f1) {
            obj.f1 = f1;
            return (B)this;
        }

        C build() {
            return obj;
        }
    }
}

Segundo nível

import lombok.ToString;

@ToString(callSuper=true)
@SuppressWarnings("unchecked")
public class Class2 extends Class1 {
    protected int f2;

    public static class Builder<C extends Class2, B extends Builder<C, B>> extends Class1.Builder<C, B> {
        public Builder() {
            this((C) new Class2());
        }

        protected Builder(C obj) {
            super(obj);
        }

        B f2(int f2) {
            obj.f2 = f2;
            return (B)this;
        }
    }
}

Terceiro nivel

import lombok.ToString;

@ToString(callSuper=true)
@SuppressWarnings("unchecked")
public class Class3 extends Class2 {
    protected int f3;

    public static class Builder<C extends Class3, B extends Builder<C, B>> extends Class2.Builder<C, B> {
        public Builder() {
            this((C) new Class3());
        }

        protected Builder(C obj) {
            super(obj);
        }

        B f3(int f3) {
            obj.f3 = f3;
            return (B)this;
        }
    }
}

E um exemplo de uso

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Class2 b1 = new Class2.Builder<>().f1(1).f2(2).build();
        System.out.println(b1);
        Class2 b2 = new Class2.Builder<>().f2(2).f1(1).build();
        System.out.println(b2);

        Class3 c1 = new Class3.Builder<>().f1(1).f2(2).f3(3).build();
        System.out.println(c1);
        Class3 c2 = new Class3.Builder<>().f3(3).f1(1).f2(2).build();
        System.out.println(c2);
        Class3 c3 = new Class3.Builder<>().f3(3).f2(2).f1(1).build();
        System.out.println(c3);
        Class3 c4 = new Class3.Builder<>().f2(2).f3(3).f1(1).build();
        System.out.println(c4);
    }
}

Uma versão um pouco mais longa, com um construtor de cópias para o construtor:

Primeiro nível - pai (potencialmente abstrato)

import lombok.ToString;

@ToString
@SuppressWarnings("unchecked")
public abstract class Class1 {
    protected int f1;

    public static class Builder<C extends Class1, B extends Builder<C, B>> {
        C obj;

        protected void setObj(C obj) {
            this.obj = obj;
        }

        protected void copy(C obj) {
            this.f1(obj.f1);
        }

        B f1(int f1) {
            obj.f1 = f1;
            return (B)this;
        }

        C build() {
            return obj;
        }
    }
}

Segundo nível

import lombok.ToString;

@ToString(callSuper=true)
@SuppressWarnings("unchecked")
public class Class2 extends Class1 {
    protected int f2;

    public static class Builder<C extends Class2, B extends Builder<C, B>> extends Class1.Builder<C, B> {
        public Builder() {
            setObj((C) new Class2());
        }

        public Builder(C obj) {
            this();
            copy(obj);
        }

        @Override
        protected void copy(C obj) {
            super.copy(obj);
            this.f2(obj.f2);
        }

        B f2(int f2) {
            obj.f2 = f2;
            return (B)this;
        }
    }
}

Terceiro nivel

import lombok.ToString;

@ToString(callSuper=true)
@SuppressWarnings("unchecked")
public class Class3 extends Class2 {
    protected int f3;

    public static class Builder<C extends Class3, B extends Builder<C, B>> extends Class2.Builder<C, B> {
        public Builder() {
            setObj((C) new Class3());
        }

        public Builder(C obj) {
            this();
            copy(obj);
        }

        @Override
        protected void copy(C obj) {
            super.copy(obj);
            this.f3(obj.f3);
        }

        B f3(int f3) {
            obj.f3 = f3;
            return (B)this;
        }
    }
}

E um exemplo de uso

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Class3 c4 = new Class3.Builder<>().f2(2).f3(3).f1(1).build();
        System.out.println(c4);

        // Class3 builder copy
        Class3 c42 = new Class3.Builder<>(c4).f2(12).build();
        System.out.println(c42);
        Class3 c43 = new Class3.Builder<>(c42).f2(22).f1(11).build();
        System.out.println(c43);
        Class3 c44 = new Class3.Builder<>(c43).f3(13).f1(21).build();
        System.out.println(c44);
    }
}

Se você não quer colocar os olhos em um colchete angular ou três, ou talvez não sinta você ... umm ... quero dizer ... tosse ... o resto de sua equipe rapidamente compreenderá com curiosidade padrão genérico recorrente, você pode fazer isso:

public class TestInheritanceBuilder {
  public static void main(String[] args) {
    SubType.Builder builder = new SubType.Builder();
    builder.withFoo("FOO").withBar("BAR").withBaz("BAZ");
    SubType st = builder.build();
    System.out.println(st.toString());
    builder.withFoo("BOOM!").withBar("not getting here").withBaz("or here");
  }
}

apoiado por

public class SubType extends ParentType {
  String baz;
  protected SubType() {}

  public static class Builder extends ParentType.Builder {
    private SubType object = new SubType();

    public Builder withBaz(String baz) {
      getObject().baz = baz;
      return this;
    }

    public Builder withBar(String bar) {
      super.withBar(bar);
      return this;
    }

    public Builder withFoo(String foo) {
      super.withFoo(foo);
      return this;
    }

    public SubType build() {
      // or clone or copy constructor if you want to stamp out multiple instances...
      SubType tmp = getObject();
      setObject(new SubType());
      return tmp;
    }

    protected SubType getObject() {
      return object;
    }

    private void setObject(SubType object) {
      this.object = object;
    }
  }

  public String toString() {
    return "SubType2{" +
        "baz='" + baz + '\'' +
        "} " + super.toString();
  }
}

e o tipo pai:

public class ParentType {
  String foo;
  String bar;

  protected ParentType() {}

  public static class Builder {
    private ParentType object = new ParentType();

    public ParentType object() {
      return getObject();
    }

    public Builder withFoo(String foo) {
      if (!"foo".equalsIgnoreCase(foo)) throw new IllegalArgumentException();
      getObject().foo = foo;
      return this;
    }

    public Builder withBar(String bar) {
      getObject().bar = bar;
      return this;
    }

    protected ParentType getObject() {
      return object;
    }

    private void setObject(ParentType object) {
      this.object = object;
    }

    public ParentType build() {
      // or clone or copy constructor if you want to stamp out multiple instances...
      ParentType tmp = getObject();
      setObject(new ParentType());
      return tmp;
    }
  }

  public String toString() {
    return "ParentType2{" +
        "foo='" + foo + '\'' +
        ", bar='" + bar + '\'' +
        '}';
  }
}

Pontos chave:

• Encapsule o objeto no construtor para que a herança o impeça de definir o campo no objeto mantido no tipo pai
• As chamadas para super garantem que a lógica (se houver) adicionada aos métodos do construtor supertipo seja retida nos subtipos.
• O lado negativo é a criação de objetos espúrios na (s) classe (s) pai (s) ... Mas veja abaixo uma maneira de limpar isso
• O lado positivo é muito mais fácil de entender rapidamente, e não há propriedades detalhadas de transferência de construtores.
• Se você tiver vários encadeamentos acessando seus objetos construtores ... acho que estou feliz por não ser você :).

EDITAR:

Eu encontrei uma maneira de contornar a criação de objetos espúrios. Primeiro adicione isso a cada construtor:

private Class whoAmI() {
  return new Object(){}.getClass().getEnclosingMethod().getDeclaringClass();
}

Em seguida, no construtor para cada construtor:

  if (whoAmI() == this.getClass()) {
    this.obj = new ObjectToBuild();
  }

O custo é um arquivo de classe extra para a new Object(){}classe interna anônima

Uma coisa que você pode fazer é criar um método estático de fábrica em cada uma de suas classes:

NutritionFacts.newBuilder()
GMOFacts.newBuilder()

Esse método estático de fábrica retornaria o construtor apropriado. Você pode ter uma GMOFacts.Builderextensão NutritionFacts.Builder, isso não é um problema. O problema aqui será lidar com a visibilidade ...

A seguinte contribuição do IEEE, Refined Fluent Builder em Java, fornece uma solução abrangente para o problema.

Ele disseca a pergunta original em dois subproblemas de deficiência de herança e quase invariância e mostra como uma solução para esses dois subproblemas abre para o suporte à herança com reutilização de código no padrão clássico do construtor em Java.

Criei uma classe de construtor genérico abstrata pai que aceita dois parâmetros de tipo formal. Primeiro é para o tipo de objeto retornado por build (), o segundo é o tipo retornado por cada configurador de parâmetro opcional. Abaixo estão as classes pai e filho para fins ilustrativos:

// **Parent**
public abstract static class Builder<T, U extends Builder<T, U>> {
    // Required parameters
    private final String name;

    // Optional parameters
    private List<String> outputFields = null;


    public Builder(String pName) {
        name = pName;
    }

    public U outputFields(List<String> pOutFlds) {
        outputFields = new ArrayList<>(pOutFlds);
        return getThis();
    }


    /**
     * This helps avoid "unchecked warning", which would forces to cast to "T" in each of the optional
     * parameter setters..
     * @return
     */
    abstract U getThis();

    public abstract T build();



    /*
     * Getters
     */
    public String getName() {
        return name;
    }
}

 // **Child**
 public static class Builder extends AbstractRule.Builder<ContextAugmentingRule, ContextAugmentingRule.Builder> {
    // Required parameters
    private final Map<String, Object> nameValuePairsToAdd;

    // Optional parameters
    private String fooBar;


    Builder(String pName, Map<String, String> pNameValPairs) {
        super(pName);
        /**
         * Must do this, in case client code (I.e. JavaScript) is re-using
         * the passed in for multiple purposes. Doing {@link Collections#unmodifiableMap(Map)}
         * won't caught it, because the backing Map passed by client prior to wrapping in
         * unmodifiable Map can still be modified.
         */
        nameValuePairsToAdd = new HashMap<>(pNameValPairs);
    }

    public Builder fooBar(String pStr) {
        fooBar = pStr;
        return this;
    }


    @Override
    public ContextAugmentingRule build() {
        try {
            Rule r = new ContextAugmentingRule(this);
            storeInRuleByNameCache(r);
            return (ContextAugmentingRule) r;
        } catch (RuleException e) {
            throw new IllegalArgumentException(e);
        }
    }

    @Override
    Builder getThis() {
        return this;
    }
}

Este atendeu minhas necessidades de satisfação.