Главная-Windows-Шаблоны программирования. ООП

Шаблоны программирования. ООП

Что такое паттерн программирования?

В процессе разработки программного обеспечения очень часто встречаются одни и те же проблемы и задачи, очень часто они даже не зависят от того, какой конкретно язык программирования используется. Для таких проблем существуют известные способы решения, хорошо зарекомендовавшие и ставшие обычными. Такие решения и принято называть паттернами программирования (шаблонами проектирования и т.п.). Паттерн программирования - это независимая от языка стратегия решения проблем при разработке средствами ООП. Если вы разработчик, то вам следует знать названия распространенных шаблонов. Изучение паттернов помогает обмениваться информацией с другими разработчиками более эффективно за счет использования общих терминов. В действительности, вы скорее всего уже знакомы с некоторыми шаблонами, просто, возможно, не используете общеизвестные названия для этих приемов.

Должен ли я пользоваться шаблонами проектирования?

Ну, если вы хотите стать профессиональным Java-разработчиком, то вам следует знать по крайней мере популярные решения встречающихся проблем. Эти решения были отточены и улучшены опытными программистами. Как только вы освоите их, вы начнете получать от них пользу и сделаете огромный скачок на пути становления мастером проектирования и разработки. Более того, вы сможете использовать эти термины для более эффективного общения с вашими коллегами.

Многие программисты с многолетним опытом работы не знают паттерны программирования, но как ООП-программист, вы должны их хорошо знать, особенно это касается новоиспеченных Java-программистов. Вообще-то, когда вы решаете задачу программирования, вы пользуетесь паттерном проектирования. И если вы не знаете паттернов, то не можете использовать понятное другим название того приема, которым воспользовались, чтобы описать его, вы также не можете выбрать более эффективный путь для того, чтобы проконтролировать то, что создали. Изучение того, как опытные программисты решают задачи программирования и попытки использовать эти знания в вашем проекте - это лучший путь для получения нового опыта и сертификации.

Помните - изучение паттернов изменит ваш стиль написания кода; вы не только будете образованнее, вы также будете выглядеть более образованными.

Сколько всего шаблонов программирования?

Много. Всего насчитывается по крайней мере 250 паттернов, используемых в мире ООП, включая Спагетти, который относится к небольшим привычкам. Широко известны 23 паттерна программирования, и еще больше станет известно по пути.

Заметьте, что паттерны - это не идиомы и алгоритмы и не компоненты.

Каковы взаимосвязи между этими паттернами?

Вообще, чтобы построить систему, вам может понадобиться совместить много паттернов вместе. Разные разработчики могут решать одну и ту же проблему используя разные паттерны. Обычно:

  • Некоторые паттерны естественным образом подходят друг к другу.
  • Один паттерн вытекает из другого.
  • Некоторые паттерны похожи или альтернативны
  • Новые паттерны можно обнаружить и задокументировать
  • Паттерны - это не методы, не фреймворки.
  • Паттерны дают вам намек на то, как решить проблему эффективным способом.

Шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern ) в разработке программного обеспечения - повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы проектирования в рамках некоторого часто возникающего контекста.

Обычно шаблон не является законченным образцом, который может быть прямо преобразован в код; это лишь пример решения задачи, который можно использовать в различных ситуациях. Объектно-ориентированные шаблоны показывают отношения и взаимодействия между классами или объектами, без определения того, какие конечные классы или объекты приложения будут использоваться.

Классификация паттернов

В настоящее время наиболее популярными паттернами являются паттерны проектирования. Одной из распространенных классификаций таких паттернов является классификация по степени детализации и уровню абстракции рассматриваемых систем. Паттерны проектирования программных систем делятся на следующие категории:

    Архитектурные паттерны

    Паттерны проектирования

Архитектурные паттерны , являясь наиболее высокоуровневыми паттернами, описывают структурную схему программной системы в целом. В данной схеме указываются отдельные функциональные составляющие системы, называемые подсистемами, а также взаимоотношения между ними. Примером архитектурного паттерна является хорошо известная программная парадигма "модель-представление-контроллер" (model-view-controller - MVC).

В свою очередь, подсистемы могут состоять из архитектурных единиц уровнем ниже. Паттерны проектирования описывают схемы детализации программных подсистем и отношений между ними, при этом они не влияют на структуру программной системы в целом и сохраняют независимость от реализации языка программирования. Паттерны GoF относятся именно к этой категории. Под паттернами проектирования объектно-ориентированных систем понимается описание взаимодействия объектов и классов, адаптированных для решения общей задачи проектирования в конкретном контексте.

Идиомы , являясь низкоуровневыми паттернами, имеют дело с вопросами реализации какой-либо проблемы с учетом особенностей данного языка программирования. При этом часто одни и те же идиомы для разных языков программирования выглядят по-разному или не имеют смысла вовсе. Например, в C++ для устранения возможных утечек памяти могут использоваться интеллектуальные указатели. Интеллектуальный указатель содержит указатель на участок динамически выделенной памяти, который будет автоматически освобожден при выходе из зоны видимости. В среде Java такой проблемы просто не существует, так как там используется автоматическая сборка мусора. Обычно, для использования идиом нужно глубоко знать особенности применяемого языка программирования.

Следует отметить, что в программной области существуют и другие виды паттернов, не относящиеся к проектированию вообще, например, паттерны анализа, тестирования, документирования и др.

Описание паттернов

Задача каждого паттерна - дать четкое описание проблемы и ее решения в соответствующей области. Для этого могут использоваться разные форматы описаний от художественно-описательного до строгого, академического. В общем случае описание паттерна всегда содержит следующие элементы:

    Название паттерна. Представляет собой уникальное смысловое имя, однозначно определяющее данную задачу или проблему и ее решение.

    Решаемая задача. Здесь дается понимание того, почему решаемая проблема действительно является таковой, четко описывает ее границы.

    Решение. Здесь указывается, как именно данное решение связано с проблемой, приводится пути ее решения.

    Результаты использования паттерна. Обычно приводятся достоинства, недостатки и компромиссы.

Результаты применения паттернов

    Они (паттерны) позволяют суммировать опыт экспертов и сделать его доступным рядовым разработчикам.

    Имена паттернов образуют своего рода словарь, который позволяет разработчикам лучше понимать друг друга.

    Если в документации системы указано, какие паттерны в ней используются, это позволяет читателю быстрее понять систему.

    Паттерны упрощают реструктуризацию системы независимо от того, использовались ли паттерны при ее проектировании.

Правильно выбранные паттерны проектирования позволяют сделать программную систему более гибкой, ее легче поддерживать и модифицировать, а код такой системы в большей степени соответствует концепции повторного использования.

http://citforum.ru/SE/project/pattern/#3

Типы шаблонов проектирования

Основные

Шаблон делегирования

Порождающие шаблоны (Creational ) - шаблоны проектирования, которые абстрагируют процесс инстанцирования. Они позволяют сделать систему независимой от способа создания, композиции и представления объектов. Шаблон, порождающий классы, использует наследование, чтобы изменять инстанцируемый класс, а шаблон, порождающий объекты, делегирует инстанцирование другому объекту.

Абстрактная фабрика, Прототип, Строитель

Структурные шаблоны (Structural ) определяют различные сложные структуры, которые изменяют интерфейс уже существующих объектов или его реализацию, позволяя облегчить разработку и оптимизировать программу.

Адаптер, Мост, Приспособленец, Заместитель

Поведенческие шаблоны (Behavioral ) определяют взаимодействие между объектами, увеличивая таким образом его гибкость.

Стратегия, Состояние

Concurrency - Параллелизм

Частные

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

Используются для более эффективного написания многопоточных программ, и предоставляет готовые решения проблем синхронизации.

Последнее обновление: 31.10.2015

Что представляют собой паттерны проектирования? Паттерн представляет определенный способ построения программного кода для решения часто встречающихся проблем проектирования. В данном случае предполагается, что есть некоторый набор общих формализованных проблем, которые довольно часто встречаются, и паттерны предоставляют ряд принципов для решения этих проблем.

Хотя идея паттернов как способ описания решения распространенных проблем в области проектирования появилась довольно давно, но их популярность стала расти во многом благодаря известной работе четырех авторов Эриха Гаммы, Ричарда Хелма, Ральфа Джонсона, Джона Влиссидеса, которая называлась "Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software" (на русском языке известна как "Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования") и которая вышла в свет в 1994 году. А сам коллектив авторов нередко называют "Банда четырёх" или Gang of Four или сокращенно GoF. Данная книга по сути являлась первой масштабной попыткой описать распространенные способы проектирования программ. И со временем применение паттернов стало считаться хорошей практикой программирования.

Что же дает нам применение паттернов? При написании программ мы можем формализовать проблему в виде классов и объектов и связей между ними. И применить один из существующих паттернов для ее решения. В итоге нам не надо ничего придумывать. У нас уже есть готовый шаблон, и нам только надо его применить в конкретной программе.

Причем паттерны, как правило, не зависят от языка программирования. Их принципы применения будут аналогичны и в C#, и в Jave, и в других языках. Хотя в рамках данного руководства мы будем говорить о паттернах в контексте языка C#.

Также мышление паттернами упрощает групповую разработку программ. Зная применяемый паттерн проектирования и его основные принципы другому программисту будет проще понять его реализацию и использовать ее.

В то же время не стоит применять паттерны ради самих паттернов. Хорошая программа предполагает использование паттернов. Однако не всегда паттерны упрощают и улучшают программу. Неоправданное их использование может привести к усложнению программного кода, уменьшению его качества. Паттерн должен быть оправданным и эффективным способом решения проблемы.

Существует множество различных паттернов, которые решают разные проблемы и выполняют различные задачи. Но по своему действию их можно объединить в ряд групп. Рассмотрим некоторые группы паттернов. В основу классификации основных паттернов положена цель или задачи, которые определенный паттерн выполняет.

Порождающие паттерны

Порождающие паттерны - это паттерны, которые абстрагируют процесс инстанцирования или, иными словами, процесс порождения классов и объектов. Среди них выделяются следующие:

    Строитель (Builder)

    Прототип (Prototype)

    Одиночка (Singleton)

Другая группа паттернов - структурные паттерны - рассматривает, как классы и объекты образуют более крупные структуры - более сложные по характеру классы и объекты. К таким шаблонам относятся:

    Адаптер (Adapter)

    Мост (Bridge)

    Компоновщик (Composite)

    Декоратор (Decorator)

    Фасад (Facade)

    Приспособленец (Flyweight)

    Заместитель (Proxy)

Третья группа паттернов называются поведенческими - они определяют алгоритмы и взаимодействие между классами и объектами, то есть их поведение. Среди подобных шаблонов можно выделить следующие:

    Команда (Command)

    Интерпретатор (Interpreter)

    Итератор (Iterator)

    Посредник (Mediator)

    Хранитель (Memento)

    Наблюдатель (Observer)

    Состояние (State)

    Стратегия (Strategy)

    Шаблонный метод (Template method)

    Посетитель (Visitor)

Существуют и другие классификации паттернов в зависимости от того, относится паттерн к классам или объектам.

Паттерны классов описывают отношения между классами посредством наследования. Отношения между классами определяются на стадии компиляции. К таким паттернам относятся:

    Фабричный метод (Factory Method)

    Интерпретатор (Interpreter)

    Шаблонный метод (Template Method)

    Адаптер (Adapter)

Другая часть паттернов - паттерны объектов описывают отношения между объектами. Эти отношения возникают на этапе выполнения, поэтому обладают большей гибкостью. К паттернам объектов относят следующие:

    Абстрактная фабрика (Abstract Factory)

    Строитель (Builder)

    Прототип (Prototype)

    Одиночка (Singleton)

    Мост (Bridge)

    Компоновщик (Composite)

    Декоратор (Decorator)

    Фасад (Facade)

    Приспособленец (Flyweight)

    Заместитель (Proxy)

    Цепочка обязанностей (Chain of responsibility)

    Команда (Command)

    Итератор (Iterator)

    Посредник (Mediator)

    Хранитель (Memento)

    Наблюдатель (Observer)

    Состояние (State)

    Стратегия (Strategy)

    Посетитель (Visitor)

И это только некоторые основные паттерны. А вообще различных шаблонов проектирования гораздо больше. Одни из них только начинают применяться, другие являются популярными на текущий момент, а некоторые уже менее распространены, чем раньше.

И в данном руководстве мы рассмотрим наиболее основные и распространенные паттерны и принципы их использования применительно к языку C#.

Как выбрать нужный паттерн?

Прежде всего при решении какой-нибудь проблемы надо выделить все используемые сущности и связи между ними и абстрагировать их от конкретной ситуации. Затем надо посмотреть, вписывается ли абстрактная форма решения задачи в определенный паттерн. Например, суть решаемой задачи может состоять в создании новых объектов. В этом случае, возможно, стоит посмотреть на порождающие паттерны. Причем лучше не сразу взять какой-то определенный паттерн - первый, который показался нужным, а посмотреть на несколько родственных паттернов из одной группы, которые решают одну и ту же задачу.

При этом важно понимать смысл и назначение паттерна, явно представлять его абстрактную организацию и его возможные конкретные реализации. Один паттерн может иметь различные реализации, и чем чаще вы будете сталкиваться с этими реализациями, тем лучше вы будете понимать смысл паттерна. Но не стоит использовать паттерн, если вы его не понимаете, даже если он на первый взгляд поможет вам в решении задачи.

И в конечном счете надо придерживаться принципа KISS (Keep It Simple, Stupid) - сохранять код программы по возможности простым и ясным. Ведь смысл паттернов не в усложнении кода программы, а наоборот в его упрощении.

В паттерне "Модель - представление - контроллер " модель представляет данные приложения и связанную с ними бизнес-логику. Модель может быть представлена одним объектом или сложным графом связанных объектов. В приложении для плат­формы Java ЕЕ данные инкапсулируются в объектах предметной области, часто раз­вертываемых в EJB-модуле. Данные передаются в БД и из нее в объектах передачи данных (ОТО), и к ним обращаются с помощью объектов доступа к данным (ОАО).

Представление - это наглядное отображение содержащихся в модели данных.Подмножество модели содержится в отдельном представлении, таким образом, представление действует в качества фильтра для данных модели. Пользователь взаимодействует с данными модели с помощью предлагаемого представлением наглядного отображения и обращается к бизнес логике, которая, в свою очередь, воздействует на данные модели.

Язык Jаvа обеспечивает готовую для использования реализацию паттерна "Наблю­датель" . Разработчики легко могут реализовать этот паттерн с помощью интерфей­са Observer и расширения класса Observable .

Первое, что нам необходимо сделать - это создать класс, расширяющий класс Observable. В следующем примере когда новостное агентство оповещает несколько типов подпис­чиков в момент публикации нового материала. Подписчик может добавить соб­ственное поведение после получения обновления.

Язык Jаvа с самого начала поддерживал потоки, которые вы легко можете исполь­зовать для выполнения асинхронного кода :

public class AsyncRunnable implements Runnable { public void run() { System.out.println("Running!"); } }

public class AsyncRunnable implements Runnable {

public void run () {

System . out . println ("Running!" ) ;

Для выполнения класса Runnable инициализируйте его в потоке и вызовите метод run , обратившись к методу start() только что созданного потока.

Опубликовано в | Метки , | |

Паттерн программирования "Асинхронность " - особый, хорошо интегрирован­ный случай множественных потоков. Вследствие самой сущности потоков много­ поточные модели нуждаются в системах уведомления и зависят от шаблонного кода для запуска потоков.

Асинхронные обращения используются даже в одногопоточных средах, таких как NodeJS. Почти все пользовательские интерфейсы поддерживают асинхронное выполнение для удержания UI в активном, реагирующем на действия пользовате­ля состоянии.

Тем не менее асинхронное программирование может быть полезным и в других местах, помимо пользовательских интерфейсов, обычно на серверной стороне. Hи J2SE , ни J2ЕЕ не предоставляли встроенной "легкой" реализации для асинхрон­ного программирования.

Опубликовано в | Метки , | |

Паттерн "Декоратор" Java динамически добавляет объекту поведение во время выпол­нения или тогда, когда невозможно или нецелесообразно создавать производные классы (возможно, потому, что при этом создаются множественные подклассы).

Показывает, как добавить поведение к объекту пиццы во вре­мя выполнения на основе сделанного посетителем выбора.

Функциональность интерфейса программирования приложений (API ) может быть расширена и усовершенствована посредством оборачивания в декоратор. Подобным образом часто декорируются потоки данных. java.iо.BufferedInputStream - хороший пример декоратора, оборачивающего низкоуровневое API и добавля­ющего функциональность буферу потока ввода.

При реализации проектов по разработке программных систем и моделированию бизнес-процессов встречаются ситуации, когда решение проблем в различных проектах имеют сходные структурные черты. Попытки выявить похожие схемы или структуры в рамках объектно-ориентированного анализа и проектирования привели к появлению понятия паттерна, которое из абстрактной категории превратилось в непременный атрибут современных CASE-средств

Паттерны ООАП различаются степенью детализации и уровнем абстракции. Предлагается следующая общая классификация паттернов по категориям их применения:

Архитектурные паттерны(Architectural patterns) - множество предварительно определенных подсистем со спецификацией их ответственности, правил и базовых принципов установления отношений между ними.

Архитектурные паттерны предназначены для спецификации фундаментальных схем структуризации программных систем. Наиболее известными паттернами этой категории являются паттерны GRASP ( General Responsibility Assignment Software Pattern ). Эти паттерны относятся к уровню системы и подсистем, но не к уровню классов. Как правило, формулируются в обобщенной форме, используют обычную терминологию и не зависят от области приложения. Паттерны этой категории систематизировал и описал К. Ларман.

Паттерны проектирования (Design patterns) - специальные схемы для уточнения структуры подсистем или компонентов программной системы и отношений между ними.

Паттерны проектирования описывают общую структуру взаимодействия элементов программной системы, которые реализуют исходную проблему проектирования в конкретном контексте. Наиболее известными паттернами этой категории являются паттерны GoF ( Gang of Four), названные в честь Э. Гаммы, Р. Хелма, Р. Джонсона и Дж. Влиссидеса, которые систематизировали их и представили общее описание. Паттерны GoF включают в себя 23 паттерна. Эти паттерны не зависят от языка реализации, но их реализация зависит от области приложения.

Паттерны анализа (Analysis patterns) - специальные схемы для представления общей организации процесса моделирования.

Паттерны анализа относятся к одной или нескольким предметным областям и описываются в терминах предметной области . Наиболее известными паттернами этой группы являются паттерны бизнес-моделирования ARIS ( Architecture of Integrated Information Systems), которые характеризуют абстрактный уровень представления бизнес-процессов. В дальнейшем паттерны анализа конкретизируются в типовых моделях с целью выполнения аналитических оценок или имитационного моделирования бизнес-процессов.

Паттерны тестирования (Test patterns) - специальные схемы для представления общей организации процесса тестирования программных систем., паттерны устойчивости кода, паттерны разработки графического интерфейса пользователя и др. Паттерны этой категории описаны в работах М. Гранда, К. Бека, Дж. Тидвелла и др. Некоторые из них реализованы в популярных интегрированных средах программирования в форме шаблонов создаваемых проектов. В этом случае выбор шаблона программного приложения позволяет получить некоторую заготовку программного кода.

Похожие публикации: