TL;DR
Há várias alternativas possíveis para se reduzir a complexidade de criação de um objeto. Primeiramente deve-se verificar se a classe está bem arquitetada, respeitando-se o princípio da responsabilidade única e o da alta coesão. Os padrões de projeto Façade, Strategy e State podem ser muito úteis nesta tarefa, além de usar-se especialização de classes.
Em seguida, pode-se cogitar a utilização de injeção de dependências, Service Locator ou outra forma de inversão de controle pode ser uma saída. Caso isso não seja o suficiente, convém adotar-se sobrecargas de construtores, Factory Method, Factory ou Prototype. Caso isso não baste, pode-se partir para os padrões de projeto mais complexos Abstract Factory ou Builder.
Não existe receita de bolo para se realizar esse processo. Cada caso é um caso. Em determinados casos, alguns desses processos darão certos, outros não. Em outros casos, pode ser que aquele que deu certo no primeiro, não funcione, mas aquele que havia sido descartado, dessa vez seja o melhor. Há casos onde você terá que combinar diversas abordagens para ter um bom resultado e há casos onde existem várias abordagens possíveis igualmente satisfatórias. É necessário um certo tato e visão do todo para se perceber qual desses seria o melhor, e uma boa dose de experimentação também, além de aplicar-se refatorações e mudanças caso o projeto evolua de uma forma em que o que era bom antes deixe de ser agora.
Primeiro, se você tem uma classe com uma quantidade enorme de atributos, provavelmente ela está violando o princípio da responsabilidade única e tem baixa coesão.
O princípio da responsabilidade única diz que a classe deve ter, uma, somente uma e não mais do que uma responsabilidade. Ela deve servir para modelar exatamente um conceito no projeto.
Já a coesão é uma forma de avaliar o quanto que uma classe modela a sua responsabilidade. Uma classe tem alta coesão quando ela tem uma única responsabilidade bem definida e a modela completamente. Quanto mais alta a coesão, melhor.
Um exemplo onde o princípio da responsabilidade única é violada é naquela classe faz-tudo com um monte de métodos para mil finalidades diferentes. Nem precisa ser algo tão gritante assim, pois aquela classe que modela Funcionario
, mas que tem dentro ela alguns dados de algo que seria de Empresa
e também tem os métodos para validar o CPF e o número de celular também é uma violação do princípio da responsabilidade única.
Classes que são modeladas falhando-se em decompor-se os seus conceitos adequadamente também falham com o princípio da responsabilidade única e da alta coesão. Por exemplo:
public class Funcionario {
private String nome;
private String cpf;
private LocalDate nascimento;
private String cidade;
private String estado;
private String pais;
private String endereco;
private String numeroEndereco;
private String complemento;
private int dddCelular;
private int numeroCelular;
private int dddTelefoneFixo;
private int numeroTelefoneFixo;
private int ramalTelefoneFixo;
// Um construtor gigante e uma porrada de métodos aqui.
}
Observe que é possível decompor-se essa classe em classes menores: Telefone
, Endereco
, Cidade
, Estado
, Pais
, podendo chegar-se a algo semelhante a isso:
public class Funcionario {
private String nome;
private String cpf;
private LocalDate nascimento;
private Endereco endereco;
private List<Telefone> telefones;
// Um construtor razoável com alguns métodos aqui.
}
Esse processo tem uma certa semelhança com o processo de normalização de banco de dados, embora seja algo ainda bem diferente. A ideia é a que ao usar conceitos de composição, agregação e associação, é possível extrair-se componentes relacionados em conceitos a parte, aumentando-se a coesão e caminhando-se em direção à responsabilidade única. Obviamente, esse processo altera a forma como a classe é instanciada.
Entretanto, embora ter uma responsabilidade única seja necessário para se atingir alta coesão, ainda assim não é suficiente. A classe deve também assumir a sua responsabilidade por completo, para evitar que essas recaiam em outras classes alheias.
Um exemplo onde há falha na coesão é quando começam a aparecer coisas assim:
public class FuncionarioHelper {
public void marcarFerias(Funcionario f) {
// ...
}
public void obterSalario(Funcionario f) {
// ...
}
public void cadastrarDependente(Funcionario f, Dependente d) {
// ...
}
}
Esses métodos aí representam regras de negócio da classe Funcionario
, e portanto, nela deveriam estar. O fato de lá não estarem, significa que a classe Funcionario
provavelmente tem uma coesão baixa. O ideal seria fazer isso:
public class Funcionario {
// Tudo que já estava antes.
public void marcarFerias() {
// ...
}
public void obterSalario() {
// ...
}
public void cadastrarDependente(Dependente d) {
// ...
}
}
Isso daí também tende a melhorar o encapsulamento, vez que a classe (no caso Funcionario
) terá bem menos necessidade de compartilhar e expôr seus dados internos. Isso daí também tem efeito direto em reduzir o acoplamento, que é uma forma de avaliar o quanto uma classe depende de outras. Quanto menor o acoplamento, melhor.
Em geral, classes que tenham nomes contendo palavras tais como Utils
, Helper
, Manager
, entre outros, são indícios de que há problemas na coesão das classes. Em alguns casos, isso é inevitável porque não é possível adicionar-se métodos novos na classe desejada (por exemplo, uma classe StringUtils
frequentemente têm um monte de métodos de coisas que gostaríamos que estivessem na classe String
, mas que não temos como colocar lá por não podermos alterá-la).
Em linguagens como Ruby e JavaScript, em que é possível adicionar-se métodos a classes já existentes sem modificá-las diretamente (conceito esse denominado mix-in), este problema é sanado. Por exemplo:
String.prototype.reverse = function() {
let r = "";
for (let x = 0; x < this.length; x++) {
r = this.charAt(x) + r;
}
return r;
}
Assim sendo, ao refatorar-se a classe, dividindo atributos lógicos relacionados em classes a parte, separados daqueles onde há uma menor relação, tende-se a obter classes que são muito mais simples de serem instanciadas e de serem reutilizadas e que têm um melhor encapsulamento, necessitando de menos parâmetros nos construtores. A forma de refatorar-se isso, por vezes nos leva ao padrão de projeto façade.
O padrão de projeto Façade
Por vezes, uma classe representa um conjunto bem complexo de subsistemas. Neste caso convém dividi-la nesses subsistemas (ou mais frequentemente, integrar-se diversos subsistemas complexos em uma interface mais simples). Uma classe pode ser utilizada para agregar todos esses subcomponentes em um componente maior, de forma que a classe resultante seja uma fachada para todos esses sistemas (logo o nome desse padrão de projeto é façade). Para a instanciação, isso significa que:
Cada um desses subsistemas poderia ser instanciado de forma independente, mas ao instanciá-los (ou de outra forma obter instâncias) no escopo do façade, a complexidade da criação deles é encapsulada.
Cada um doss subcomponentes tem regras próprias e representam uma responsabilidade menor dentro de um sistema maior, e portanto ao separá-las, caminhamos em direção ao princípio da responsabilidade única, da alta coesão e também a um bom encapsulamento.
Um exemplo de um façade seria isso:
public class Carro {
private Roda frontalEsquerda;
private Roda frontalDireita;
private Roda traseiraEsquerda;
private Roda traseiraDireita;
private Cambio cambio;
private Motor motor;
private Volante volante;
private Porta portaEsquerda;
private Porta portaDireita;
private Tanque tanqueCombustivel;
private Radiador radiador;
// ...
}
Observe que no caso acima, embora o Carro
tenha diversos subcomponentes, quando ele for instanciado, será responsabilidade do construtor (ou de algum outro método de fabricação, tal como será descrito mais abaixo) prover-se implementações concretas de detalhes internos tais como o tanqueCombustivel
ou o cambio
.
Além disso, no padrão façade, o encapsulamento é melhorado, pois é esperado que tenha-se métodos assim:
public double getCapacidadeCombustivel() {
return tanque.getCapacidadeCombustivel();
}
public double getNivelCombustivel() {
return tanque.getNivelCombustivel();
}
public void abastecer(TipoCombustivel tipo, double litros) {
if (!motor.isCombustivelAceito(tipo)) {
throw new IllegalArgumentException("Este carro não deve ser abastecido com esse tipo de combustível.");
}
tanque.abastecer(tipo, litros);
}
public List<TipoCombustivel> getTiposCombustivelAceitos() {
return motor.getTiposCombustivelAceitos();
}
E não é esperado que tenha-se métodos assim:
public void setPortaDireita(Porta portaDireita) {
this.portaDireita = portaDireita;
}
public void setNivelCombustivel(double nivel) {
tanque.setNivelCombustivel(nivel);
}
public Motor getMotor() {
return motor;
}
Um caso disso mais próximo à realidade seria o de uma classe para fazer uma requisição HTTP para realizar download e/ou upload de alguma coisa. Ao invés de colocar tudo numa só classe gigantesca RequisicaoHttp
, você teria uma classe para representar um cabeçalho, uma para representar o método HTTP, uma para representar o corpo da requisição, uma para representar o corpo da resposta, o código de status, a URL invocada, etc. Se você quiser algo que já trate da serialização/marshalling e desserialização/unmarshalling da requisição e da resposta em objetos (ao invés de strings ou sequências de bytes brutas), vai modelar esses comportamentos em classes a parte também. É exatamente esse o caso do namespace System.Net.Http
do C#.
Entretanto, pode ser que esse tipo de refatoração não seja suficiente ou não seja possível. Ainda assim, existem alternativas que podem ser utilizadas conforme listadas abaixo.
Especialização de classes
Vamos supor que você tenha uma classe Funcionario
que serve para modelar médicos, professores, advogados, contadores, etc e existam atributos que só tem sentido em determinados casos. Nessa situação, convém criar classes especializadas para cada um desses casos específicos cada uma com seus atributos específicos, de forma que nenhuma classe venha a ter atributos que são usados só em determinados casos. Isso tornaria então a classe Funcionario
em uma superclasse ou uma interface.
Por vezes ocorre de uma classe ter um monte de atributos porque ela modela um objeto complexo que pode ter uma série de comportamentos diferentes, o que por si só já é uma violação do princípio da responsabilidade única.
A solução nesses casos é mover-se os comportamentos para classes a parte. Por exemplo, ao invés disso:
function Peca(tabuleiro, cor, x, y, tipo) {
function verificarMovimentoRei() {
// ...
}
function verificarMovimentoDama() {
// ...
}
function verificarMovimentoBispo() {
// ...
}
this.mover = function() {
if (tipo === "Rei") {
if (verificarMovimentoRei()) // ...
// ...
} else if (tipo === "Dama") {
if (verificarMovimentoDama()) // ...
// ...
} else if (tipo === "Bispo") {
if (verificarMovimentoBispo()) // ...
// ...
} else //...
// ...
}
}
É melhor fazer isso:
function Rei() {
function verificarMovimento(tabuleiro, cor, x, y) {
// ...
}
}
function Dama() {
function verificarMovimento(tabuleiro, cor, x, y) {
// ...
}
}
function Bispo() {
function verificarMovimento(tabuleiro, cor, x, y) {
// ...
}
}
function Peca(tabuleiro, cor, x, y, tipo) {
this.mover = function() {
if (tipo.verificarMovimento(tabuleiro, cor, x, y) // ...
// ...
}
}
Isso tende a facilitar a criação dos objetos porque primeiro que melhora a coesão e a questão da responsabilidade única, mas também porque muitas vezes há atributos que só tem sentido de serem usados em comportamentos específicos.
Às vezes, um objeto pode mudar de comportamento (imagine o peão que é promovido e se transforma em uma outra peça). Nesse caso o padrão é o State, que é o irmão gêmeo do Strategy, mas quando o comportamento é mutável.
Note que uma classe pode implementar vários comportamentos distintos, cada qual no seu Strategy ou State.
Sobrecarga de construtores
Lembre-se que em muitas linguagens de programação (nem todas), os construtores podem ser sobrecarregados. Por vezes, apesar de o objeto até poder ter um grande número de atributos e modelar regras complexas, há apenas um pequeno número de situações onde é válido criar-se um deles a partir do nada e cada uma dessas dependem de conjuntos de parâmetros razoavelmente simples, talvez independente uns dos outros. Nesse caso, uma possível saída seria a de ter múltiplos construtores, cada qual trabalhando com um conjunto de parâmetros diferente. Lembre-se também que um construtor pode chamar outro.
Entretanto, nem sempre dá para modelar todos os casos em que o objeto é fabricado por meio de múltiplos construtores, ainda mais considerando que, devido ao fato de todos os construtores de uma classe terem o mesmo nome em muitas linguagens de programação, pode acontecer de haver casos completamente diferentes que trabalham com parâmetros do mesmo tipo. Dessa forma, trabalhar com múltiplos métodos de fabricação ao invés de múltiplos construtores pode ser a saída.
É possível colocar-se o construtor como privado ou interno e então acrescentar-se métodos estáticos para fabricar as instâncias, cada um desses cobrindo um caso específico. É isso que acontece com a classe java.util.regex.Pattern
, por exemplo.
É possível que a classe tenha um comportamento modelado por uma interface (ou que você a refatore para atingir isso). Então, você pode definir métodos estáticos de fábrica que produzem instâncias de diversas formas podem ser disponibilizados. Exemplos reais são a classe javax.swing.BorderFactory
e os métodos of(...)
da interface java.util.List
(acrescentados no Java 9).
O padrão de projeto Prototype
Por vezes, a complexidade da criação de um objeto está em criar cópias de um objeto já existente com propriedades um pouco diferentes. O objeto base é algo simples, mas precisamos de vários objetos derivados. Uma implementação direta passando um caminhão de parâmetros no construtor nos levaria a algo assim:
Personagem modelo = ...;
Personagem novo = new Personagem(
modelo.getClasse(),
modelo.getForca(),
modelo.getInteligencia(),
modelo.getPoder(),
novaVelocidade, // Esse daqui não é copiado do modelo.
modelo.getHP(),
modelo.getMP());
Observe que ficar copiando os atributos de um objeto para outro sendo os dois da mesma classe e estando esse código em uma classe diversa é uma coisa que ocasiona um alto acoplamento e uma baixa coesão. Assim sendo, é melhor que o objeto disponibilize um método que retorne um outro objeto semelhante a ser modificado (ou mesmo já modificado), de forma que a complexidade da criação de objetos derivados se reduz. Por exemplo, vamos supor que a classe Personagem
tenha métodos assim:
public Personagem comForca(int novaForca) {
return new Personagem(
this.classe, novaForca, this.inteligencia, this.velocidade, this.hp, this.mp);
}
public Personagem comVelocidade(int novaVelocidade) {
return new Personagem(
this.classe, this.forca, this.inteligencia, novaVelocidade, this.hp, this.mp);
}
Podemos então usar assim:
Personagem modelo = ...;
Personagem novo = modelo.comVelocidade(novaVelocidade);
Uma outra possibilidade seria fazer apenas isso:
// Na classe Personagem:
public Personagem clone() {
return new Personagem(/* Aquele montão de parâmetros... */);
}
// No código que usa a classe:
Personagem modelo = ...;
Personagem novo = modelo.clone();
novo.setVelocidade(novaVelocidade);
A segunda abordagem é mais simples e mais flexível, porém a primeira é mais robusta.
O padrão de projeto Factory
O Factory é um objeto cujo propósito é o de criar um determinado outro objeto. Deve ser fácil de se obter uma instância desses objetos (via construtor, Factory Method, Singleton ou coisa semelhante).
Um exemplo real é a classe javax.swing.PopupFactory
que contém dois métodos diferentes para se criar popups.
A vantagem dessa abordagem é que é possível configurar-se a Factory antes de chamar-se os métodos de criação de instâncias, que inclusive podem ser chamados múltiplas vezes com a mesma instância da Factory.
Um tipo especial de factory é aquela que permite múltiplas implementações distintas. Esse é o padrão de projeto Abstract Factory, onde a factory é definida por uma classe abstrata ou interface e é possível criar-se várias instâncias especializadas, cada qual construindo o objeto em questão do seu jeito. Frequentemente, nesses casos, o objeto em questão a ser produzido também é especificado por uma interface ou classe abstrata.
O padrão de projeto Builder
Já o Builder é para usar em circunstâncias onde a criação é mais complicada, onde cada método configura um aspecto do objeto a ser produzido. Por exemplo:
ServidorHttp s = new ServidorHttpBuilder()
.porta(1234)
.baseUrl("http://www.example.com")
.staticFileLocation("/public")
.addFilter(new AccessControlFilter())
.addFilter(new LoginFilter())
.addServices(services)
.build();
No caso, cada método do Builder com exceção do último (o build()
) pode retornar tanto o próprio Builder (ou seja, retorna this
, self
, Me
ou o equivalente de acordo com a linguagem de programação), ou então retorna uma nova instância do Builder.
Isso ainda tem a desvantagem de não garantir que todos os métodos do Builder que deveriam ser chamados são de fato chamados, nem de se certificar que nenhum deles é chamado duas vezes, e nem de garantir que eles sejam chamados na ordem correta (pode existir casos onde isso é importante). A solução nesse caso seria fazer o ServidorHttpBuilder
ter apenas o método porta
que retorna um ServidorHttpBuilder2
que tem apenas o método baseUrl
que retorna um ServidorHttpBuilder3
que tem apenas o método staticFileLocation
, etc. Essa abordagem garante que o método final build()
só poderá ser chamado se todos os métodos que tiverem que ser chamados tiverem sido, que nenhum tenha sido chamado duas vezes e que eles sejam chamados na ordem correta, caso contrário, um erro de compilação ocorre. Entretanto, normalmente essa abordagem acrescenta bastante complexidade e um número excessivo de novas classes, sendo viável em poucos casos.
Frequentemente a dificuldade de instanciar-se uma classe, está em fornecer-lhe outros objetos que ela precisa para trabalhar, ou seja as suas dependências.
A ideia é livrar a classe que quer utilizar a classe a ser instanciada (classe cliente) de localizar todas as dependências e colocá-las na classe a ser instanciada. Observe que nesse caso, os padrões anteriores ajudam pouco, pois nenhum deles livrará a classe cliente deste trabalho, apenas o tornará mais fácil.
Assim sendo, uma abordagem a ser usada para fornecer as dependências adequadas a um objeto, livrando as classes que desejam utilizá-lo de ter que saber como encontrá-las é necessária. O nome disso é Inversão de controle.
Uma forma de se ter inversão de controle é delegar essa complexidade a um framework. O framework é configurado por meio de anotações, XML, JSON, convenções de código ou qualquer outra coisa de forma a saber quais são os pontos de injeção de dependências das classes. Esse pontos podem ser parâmetros no construtor, setters ou atributos soltos que serão preenchidos via reflection. Dessa forma, o código que deseja obter uma instância da classe, pede uma ao framework e o framework é o responsável por localizar todas as dependências e injetá-las, livrando o código que deseja apenas utilizar o objeto de ter que se preocupar com isso. O EJB, o CDI e o Spring são exemplos bem conhecidos de frameworks de injeção de dependência. Por exemplo, na classe a ser instanciada, coloca-se isso:
public class Refeicao {
private Fruta frutaSaborosa;
private Fruta frutaDoce;
public Refeicao (
@Inject @Qualifier("saborosa") Fruta frutaSaborosa,
@Inject @Qualifier("doce") Fruta frutaDoce)
{
this.frutaSaborosa = frutaSaborosa;
this.frutaDoce = frutaDoce;
}
// ...
}
Na configuração do framework, coloca-se isso:
<bean id="saborosa" class="com.example.frutas.Morango"/>
<bean id="doce" class="com.example.frutas.Abacaxi"/>
Assim, quando o framework for instanciar a classe Refeicao
, ele já vai automaticamente encontrar que Morango
é a fruta saborosa e que Abacaxi
é a fruta doce.
A injeção de dependências é a forma mais comum de inversão de controle, mas não é a única. Uma outra forma popular é o padrão de projeto Service Locator. Neste padrão, há um objeto (o Service Locator) que é o responsável central por fornecer implementações de diversos objetos. Assim sendo, o objeto a ser instanciado pede ao Service Locator pela implementação de cada uma de suas dependências. A pesquisa no Service Locator pode ser feita por nome, por interface da qual se deseja alguma implementação ou por algum outro critério.
Por exemplo:
public class Refeicao {
private Fruta frutaSaborosa;
private Fruta frutaDoce;
public Refeicao() {
ServiceLocator locator = ServiceLocator.getInstance();
this.frutaSaborosa = (Fruta) locator.find("saborosa");
this.frutaDoce = (Fruta) locator.find("doce");
}
// ...
}
Conclusão
Há várias alternativas possíveis para se reduzir a complexidade de criação de um objeto. Primeiramente deve-se verificar se a classe está bem arquitetada, respeitando-se o princípio da responsabilidade única e o da alta coesão. Os padrões de projeto Façade, Strategy e State podem ser muito úteis nesta tarefa, além de usar-se especialização de classes.
Em seguida, pode-se cogitar a utilização de injeção de dependências, Service Locator ou outra forma de inversão de controle pode ser uma saída. Caso isso não seja o suficiente, convém adotar-se sobrecargas de construtores, Factory Method, Factory ou Prototype. Caso isso não baste, pode-se partir para os padrões de projeto mais complexos Abstract Factory ou Builder.