Builder — những điều cơ bản về mẫu builder trong phát triển di động

Builder là gì: bản chất của mẫu người xây dựng?

Builder — một mẫu tạo lập GoF tách biệt việc xây dựng một đối tượng phức tạp khỏi biểu diễn của nó. Cùng một quy trình xây dựng có thể tạo ra các biểu diễn khác nhau. Builder hữu ích khi một đối tượng có nhiều tham số tùy chọn và hàm tạo với mười trường không đọc được và không linh hoạt. Mẫu này cũng giải quyết vấn đề phản mẫu Telescoping Constructor, nơi số lượng hàm tạo nạp chồng tăng theo cấp số nhân.

Cấu trúc Builder bao gồm một lớp Builder tĩnh bên trong với các trường phản ánh các trường của lớp chính. Mỗi phương thức set trả về Builder (this) để tạo chuỗi linh hoạt. Phương thức build() cuối cùng tạo đối tượng mục tiêu bằng cách chuyển các giá trị trường tới một hàm tạo riêng. Lớp chính có một hàm tạo riêng chấp nhận Builder. Máy khách: Object.builder().setField1(val1).setField2(val2).build().

Khi nào sử dụng Builder — các đối tượng có 5+ trường, trong đó chỉ có 2-3 trường bắt buộc. Các đối tượng cấu hình (RequestConfig, DatabaseConfig). Các đối tượng có logic xác thực phức tạp trong quá trình tạo. Các đối tượng phải bất biến (immutable) sau khi tạo. Trong Android, Builder được sử dụng tích cực trong SDK: AlertDialog.Builder, Retrofit.Builder, OkHttpClient.Builder, NotificationCompat.Builder.

Builder trong Kotlin: triển khai cổ điển và DSL

Builder trong Kotlin có hai cách tiếp cận: Builder kiểu Java cổ điển (thông qua lớp lồng nhau) và Builder kiểu DSL Kotlin (thông qua lambda với bộ nhận). Builder kiểu Java được ưu tiên cho khả năng tương thích với Android và khi sử dụng với mã Java. DSL builder là cách thức tự nhiên của Kotlin: một hàm chấp nhận lambda bên trong đó this là ngữ cảnh Builder nơi các trường có thể được gán trực tiếp.

// Builder cổ điển
data class HttpConfig private constructor(
    val baseUrl: String,
    val timeout: Long = 30_000,
    val retries: Int = 3,
    val headers: Map<String, String> = emptyMap()
) {
    class Builder {
        private var baseUrl: String = ""
        private var timeout: Long = 30_000
        private var retries: Int = 3
        private var headers: MutableMap<String, String> = mutableMapOf()

        fun baseUrl(url: String) = apply { this.baseUrl = url }
        fun timeout(ms: Long) = apply { this.timeout = ms }
        fun retries(n: Int) = apply { this.retries = n }
        fun header(key: String, value: String) = apply { headers[key] = value }

        fun build(): HttpConfig {
            require(baseUrl.isNotBlank()) { "baseUrl is required" }
            return HttpConfig(baseUrl, timeout, retries, headers)
        }
    }
}

// Sử dụng
val config = HttpConfig.Builder()
    .baseUrl("https://api.example.com")
    .timeout(15_000)
    .header("Authorization", "Bearer token")
    .build()

Kotlin DSL builder — một giải pháp thay thế không có lớp lồng nhau. Một hàm builder chấp nhận lambda trong ngữ cảnh của đối tượng xây dựng. Điều này là tự nhiên đối với Kotlin và không yêu cầu các trường write. DSL builders được sử dụng tích cực trong Ktor Client, kotlinx.serialization, Compose (Modifier). DSL builder không tương thích với Java và không phù hợp cho các thư viện có API Java.

Builder trong Swift: result builders và chuỗi

Builder trong Swift — Swift không có mẫu Builder tích hợp sẵn, nhưng giao diện linh hoạt dễ dàng được triển khai thông qua các phương thức trả về Self. Mỗi phương thức cấu hình một thuộc tính và trả về self. Không giống như Kotlin, Swift không yêu cầu một lớp Builder riêng biệt — bạn có thể trả về chính đối tượng đó nếu nó có thể thay đổi trong quá trình lắp ráp. Đối với các đối tượng bất biến, một lớp Builder lồng nhau được sử dụng tương tự như Kotlin.

struct NetworkRequest {
    let url: String
    let method: HTTPMethod
    let headers: [String: String]
    let body: Data?
    let timeout: TimeInterval

    final class Builder {
        private var url: String = ""
        private var method: HTTPMethod = .get
        private var headers: [String: String] = [:]
        private var body: Data? = nil
        private var timeout: TimeInterval = 30

        func withURL(_: String) -> Self { /* self */ }
        func withMethod(_: HTTPMethod) -> Self { /* self */ }
        func withHeader(key: String, value: String) -> Self { /* self */ }
        func withBody(_: Data) -> Self { /* self */ }
        func withTimeout(_: TimeInterval) -> Self { /* self */ }

        func build() throws -> NetworkRequest {
            guard !url.isEmpty else { throw BuilderError.missingURL }
            return NetworkRequest(
                url: url, method: method, headers: headers,
                body: body, timeout: timeout
            )
        }
    }
}

Result Builders — Swift 5.4 đã giới thiệu @resultBuilder — một cơ chế ngôn ngữ để xây dựng cấu trúc khai báo. SwiftUI, AttributedString, SceneBuilder sử dụng result builders. Đây là một giải pháp thay thế cho Builder cổ điển: thay vì một chuỗi các phương thức set, result builder sử dụng một khối mã với các phần tử mà trình biên dịch tập hợp thành một mảng hoặc cây. @ViewBuilder trong SwiftUI là ví dụ nổi tiếng nhất: bên trong body có thể viết if, switch, ForEach, và trình biên dịch xây dựng View từ các điều kiện.

Builder vs Telescoping Constructor: so sánh cách tiếp cận

Telescoping Constructor — một phản mẫu nơi một lớp có nhiều hàm tạo nạp chồng với các bộ tham số khác nhau. Ví dụ, ba hàm tạo: HttpConfig(url), HttpConfig(url, timeout), HttpConfig(url, timeout, retries). Khi các tham số tăng lên, số lượng hàm tạo tăng theo cấp số nhân — với n trường tùy chọn cần n! tổ hợp. Builder giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép chỉ định các trường cần thiết.

Kotlin named arguments + giá trị mặc định — một giải pháp thay thế thanh lịch cho Builder trong các dự án Kotlin thuần túy. Các tham số của hàm tạo có giá trị mặc định, máy khách chỉ truyền những tham số cần thiết: HttpConfig(baseUrl = url, timeout = 15_000). Nhược điểm là không thể xác thực các trường bắt buộc tại thời điểm biên dịch. Builder cung cấp các trường bắt buộc thông qua hàm tạo Builder (baseUrl là bắt buộc). Đối với các thư viện Java, Builder vẫn là tiêu chuẩn thực tế.

Builder trong Android SDK: AlertDialog, Retrofit, OkHttp

Builder trong Android SDK — một trong những mẫu phổ biến nhất trong thư viện tiêu chuẩn. AlertDialog.Builder: new AlertDialog.Builder(context).setTitle().setMessage().setPositiveButton().create(). Retrofit.Builder: new Retrofit.Builder().baseUrl().addConverterFactory().build(). OkHttpClient.Builder: new OkHttpClient.Builder().connectTimeout().addInterceptor().build(). NotificationCompat.Builder: setContentTitle().setContentText().setSmallIcon().build().

Tại sao Google sử dụng Builder — tương thích ngược. Thêm một phương thức mới vào Builder không phá vỡ mã hiện tại. Nếu Google sử dụng hàm tạo với 20 tham số, mỗi trường mới sẽ yêu cầu một lần nạp chồng mới. Builder cho phép thêm các phương thức set qua nhiều năm mà không có thay đổi phá vỡ. Ví dụ, NotificationCompat.Builder đã thêm setBubbleMetadata() trong Android 11 mà không ảnh hưởng đến mã hiện tại.

Builder trong thư viện Kotlin — Ktor (HttpClientBuilder), Coil (ImageRequest.Builder), Room (Room.databaseBuilder(context, AppDatabase.class, "db").fallbackToDestructiveMigration().build()), Navigation (NavOptionsBuilder). Trong các dự án Kotlin, Builder thường được kết hợp với DSL: Room.databaseBuilder(context, AppDatabase.class, "db").fallbackToDestructiveMigration().build(). Mẫu này vẫn phù hợp cho các API công khai nơi tương thích ngược và khả năng tương tác Java là quan trọng.