빌더 패턴(Builder Pattern)

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빌더 패턴(Builder Pattern)은 생성 패턴 중 하나이다

생성 패턴은 인스턴스를 만드는 절차를 추상화하는 패턴입니다.
생성 패턴에 속하는 패턴들은 객체를 생성, 합성하는 방법이나 객체의 표현 방법을 시스템과 분리해줍니다.

Builder Pattern이란?

빌더 패턴(Builder Pattern)은 복잡한 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리하여 다양한 구성의 인스턴스를 만드는 생성 패턴이다.
한마디로 원하는 객체를 생성할 때 필요한 파라미터만을 사용해 객체를 만들 수 있다.

빌더 패턴 탄생 배경

class Hamburger {
    // 필수 매개변수
    private int bun;
    private int patty;

    // 선택 매개변수
    private int cheese;
    private int lettuce;
    private int tomato;
    private int bacon;

    public Hamburger(int bun, int patty, int cheese, int lettuce, int tomato, int bacon) {
        this.bun = bun;
        this.patty = patty;
        this.cheese = cheese;
        this.lettuce = lettuce;
        this.tomato = tomato;
        this.bacon = bacon;
    }

    public Hamburger(int bun, int patty, int cheese, int lettuce, int tomato) {
        this.bun = bun;
        this.patty = patty;
        this.cheese = cheese;
        this.lettuce = lettuce;
        this.tomato = tomato;
    }
    

    public Hamburger(int bun, int patty, int cheese, int lettuce) {
        this.bun = bun;
        this.patty = patty;
        this.cheese = cheese;
        this.lettuce = lettuce;
    }

    public Hamburger(int bun, int patty, int cheese) {
        this.bun = bun;
        this.patty = patty;
        this.cheese = cheese;
    }

    ...
}

public static void main(String[] args) {
    // 모든 재료가 있는 햄버거
    Hamburger hamburger1 = new Hamburger(2, 1, 2, 4, 6, 8);

    // 빵과 패티 치즈만 있는 햄버거
    Hamburger hamburger2 = new Hamburger(2, 1, 1);

    // 빵과 패티 베이컨만 있는 햄버거
    Hamburger hamburger3 = new Hamburger(2, 0, 0, 0, 0, 6);
}

이러한 방식은 클래스 인스턴스 필드들이 많으면 많을 수록 생성자에 들어갈 인자의 수가 늘어나 몇번째 인자가 어떤 필드였는지 햇갈릴 경우가 생기고 필요없는 파라미터도 전달해야 하는 경우가 생기게 된다.

자바 빈(Java Beans) 패턴

이러한 단점을 보완하기 위해 Setter 메소드를 사용한 자바 빈(Bean) 패턴이 고안 되었다. 매개변수가 없는 생성자로 객체 생성후 Setter 메소드를 이용해 클래스 필드의 초깃값을 설정하는 방식이다.

class Hamburger {
    // 필수 매개변수
    private int bun;
    private int patty;

    // 선택 매개변수
    private int cheese;
    private int lettuce;
    private int tomato;
    private int bacon;
    
    public Hamburger() {}

    public void setBun(int bun) {
        this.bun = bun;
    }

    public void setPatty(int patty) {
        this.patty = patty;
    }

    public void setCheese(int cheese) {
        this.cheese = cheese;
    }

    public void setLettuce(int lettuce) {
        this.lettuce = lettuce;
    }

    public void setTomato(int tomato) {
        this.tomato = tomato;
    }

    public void setBacon(int bacon) {
        this.bacon = bacon;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    // 모든 재료가 있는 햄버거
    Hamburger hamburger1 = new Hamburger();
    hamburger1.setBun(2);
    hamburger1.setPatty(1);
    hamburger1.setCheese(2);
    hamburger1.setLettuce(4);
    hamburger1.setTomato(6);
    hamburger1.setBacon(8);

    // 빵과 패티 치즈만 있는 햄버거
    Hamburger hamburger2 = new Hamburger();
    hamburger2.setBun(2);
    hamburger2.setPatty(1);
    hamburger2.setCheese(2);

    // 빵과 패티 베이컨만 있는 햄버거
    Hamburger hamburger3 = new Hamburger();
    hamburger3.setBun(2);
    hamburger2.setPatty(1);
    hamburger3.setBacon(8);
}

기존 생성자 오버로딩에서 나타났던 가독성 문제점이 사라지고 선택적인 파라미터에 대해 해당되는 Setter 메서드를 호출함으로써 유연적으로 객체 생성이 가능해졌다. 하지만 이러한 방식은 객체 생성 시점에 모든 값들을 주입 하지 않아 일관성(consistency) 문제와 불변성(immutable) 문제가 나타나게 된다.

일관성 문제

필수 매개변수란 객체가 초기화될때 반드시 설정되어야 하는 값이다. 하지만 개발자가 깜빡하고 setBun() 이나 setPatty() 메서드를 호출하지 않았다면 이 객체는 일관성이 무너진 상태가 된다. 즉, 객체가 유효하지 않은 것이다. 만일 다른곳에서 햄버거 인스턴스를 사용하게 된다면 런타임 예외가 발생할 수도 있다.
이는 객체를 생성하는 부분과 값을 설정하는 부분이 물리적으로 떨어져 있어서 발생하는 문제점이다. 물론 이는 어느정도 생성자(Constructor)와 결합하여 극복은 할 수 있다. 하지만 다음에 소개할 불변성의 문제 때문에 자바 빈즈 패턴은 지양해야 한다.

불변성 문제

자바 빈즈 패턴의 Setter 메서드는 객체를 처음 생성할때 필드값을 설정하기 위해 존재하는 메서드이다. 하지만 객체를 생성했음에도 여전히 외부적으로 Setter 메소드를 노출하고 있으므로, 협업 과정에서 언제 어디서 누군가 Setter 메서드를 호출해 함부로 객체를 조작할수 있게 된다. 이것을 불변함을 보장할 수 없다고 얘기한다.

빌더 패턴(Builder Pattern)

class Student {
    private int id;
    private String name = "아무개";
    private String grade = "freshman";
    private String phoneNumber = "010-0000-0000";

    public Student(int id, String name, String grade, String phoneNumber) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.grade = grade;
        this.phoneNumber = phoneNumber;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Student { " +
                "id='" + id + '\'' +
                ", name=" + name +
                ", grade=" + grade +
                ", phoneNumber=" + phoneNumber +
                " }";
    }
}

public static void main(String[] args) {

    Student student = new StudentBuilder()
                .id(2016120091)
                .name("임꺽정")
                .grade("Senior")
                .phoneNumber("010-5555-5555")
                .build();

    System.out.println(student);
}

빌더 패턴은 이러한 문제들을 해결하기 위해 별도의 Builder 클래스를 만들어 메소드를 통해 step-by-step 으로 값을 입력받은 후에 최종적으로 build() 메소드로 하나의 인스턴스를 생성하여 리턴하는 패턴이다.

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참고 사이트

[Java] 빌더 패턴(Builder Pattern)을 사용해야 하는 이유
💠 빌더(Builder) 패턴 - 완벽 마스터하기