Паттерны ООП простыми словами порождающие паттерны

Оглавление (нажмите, чтобы открыть):

Паттерны ООП с примерами и описанием

Решил коротко написать о часто используемых в нашей жизни паттернах, больше примеров, меньше воды, поехали.

Singleton (одиночка)

Основной смысл «одиночки» в том, чтобы когда вы говорите «Мне нужна телефонная станция», вам бы говорили «Она уже построена там-то», а не «Давай ее сделаем заново». «Одиночка» всегда один.

Registry (реестр, журнал записей)

Как следует из названия, данный паттерн предназначен для хранения записей которые в него помещают и соответственно возвращения этих записей (по имени) если они потребуются. В примере с телефонной станцией, она является реестром по отношению к телефонным номерам жителей.

Singleton Registry (одинокий реестр) — не путайте с Registry Singleton (реестр одиночек )

«Реестр» нередко является «одиночкой», однако это не всегда должно быть именно так. Например мы можем заводить в бухгалтерии несколько журналов, в одном работники от «А» до «М», в другом от «Н» до «Я». Каждый такой журнал будет «реестром», но не «одиночкой», потому как журналов уже 2.

Multiton (пул «одиночек») или другими словами Registry Singleton (реестр одиночек ) — не путайте с Singleton Registry (одинокий реестр)

Нередко «реестр» служит именно для хранения «одиночек». Но, т.к. паттерн «реестр» не является «порождающим паттерном» а хотелось бы рассматривать «реестр» во взаимосвязи с «одиночкой» . Поэтому придумали паттерн Multiton , который по своей сути является «реестром» содержащий несколько «одиночек», каждый из которых имеет своё «имя» по которому к нему можно получить доступ.

Коротко: позволяет создавать объекты данного класса, но только в случае именования объекта. Жизненного примера нет, но в интернете нарыл такой пример:

Object pool (пул объектов)

По сути данный паттерн является «реестром», который хранит только объекты, никаких строк, массивов и т.п. типов данных.

Factory (фабрика)

Суть паттерна практически полностью описывается его названием. Когда вам требуется получать какие-то объекты, например пакеты сока, вам совершенно не нужно знать как их делают на фабрике. Вы просто говорите «дай мне пакет апельсинового сока», а «фабрика» возвращает вам требуемый пакет. Как? Всё это решает сама фабрика, например «копирует» уже существующий эталон. Основное предназначение «фабрики» в том, чтобы можно было при необходимости изменять процесс «появления» пакета сока, а самому потребителю ничего об этом не нужно было сообщать, чтобы он запрашивал его как и прежде. Как правило, одна фабрика занимается «производством» только одного рода «продуктов». Не рекомендуется «фабрику соков» создавать с учетом производства автомобильных покрышек. Как и в жизни, паттерн «фабрика» часто создается «одиночкой».

Хочется обратить внимание, что метод factory также представляет собой паттерн, его называют Factory method (фабричный метод).

Builder (строитель)

Итак, мы уже поняли, что «Фабрика» — это автомат по продаже напитков, в нем уже есть всё готовое, а Вы только говорите что вам нужно. «Строитель» — это завод, который производит эти напитки и содержит в себе все сложные операции и может собирать сложные объекты из более простых (упаковка, этикетка, вода, ароматизаторы и т.п.) в зависимости от запроса.

Prototype (прототип)

Напоминая «фабрику», он также служит для создания объектов, однако с немного другим подходом. Представьте себя в баре, Вы пили пиво и оно у Вас закончивается, Вы говорите бармену — сделай мне еще одно такое же. Бармен в свою очередь смотрит на пиво, которое Вы пьете и делает копию, как Вы попросили. В php уже есть реализация такого паттерна, она называется clone.

Lazy initialization (отложенная инициализация)

Например, начальник видит список отчетов по разным видам деятельности и думает, что эти отчеты уже есть, но на самом выводятся только названия отчетов, а сами отчеты еще не сформированы, и будут формироваться только по приказу (например по нажатию кнопки Просмотреть отчет). Частный случай ленивой инициализации — создание объекта в момент обращения к нему. На википедии можно найти интересный, но не совсем правильный пример, т.к. согласно теории, правильным примером в php будет например функция __autoload

Adapter или Wrapper (адаптер, обертка)

Данный паттерн полностью соответствует своему названию. Чтобы заставить работать «советскую» вилку через евро-розетку требуется переходник. Именно это и делает «адаптер», — служит промежуточным объектом между двумя другими, которые не могут работать напрямую друг с другом. Не смотря на определение, в практике я все же вижу разницу между Adapter и Wrapper.

Dependency injection (внедрение зависимости)

Внедрение зависимости позволяет переложить часть ответственности за какой-то функционал на другие объекты. Например если нам требуется нанять новый персонал, то мы можем не создавать свой отдел кадров, а внедрить зависимость от компании по подбору персонала, которая свою очередь по первому нашему требованию «нам нужен человек», будет либо сама работать как отдел кадров, либо же найдет другую компанию (при помощи «локатора служб»), которая предоставит данные услуги.
«Внедрение зависимости» позволяет перекладывать и взаимозаменять отдельные части компании без потери общей функциональности.

А теперь представим, что нам больше не хочется яблочного сока, мы хотим апельсиновый.

Как видите, нам пришлось изменить не только вид сока, но и проверку на вид сока, не очень то удобно. Гораздо правильнее использовать принцип Dependency inversion:

Dependency inversion иногда путают с Dependency injection, но путать их не нужно, т.к. Dependency inversion это принцип, а не паттерн.

Service Locator (локатор служб)

«Локатор служб» является методом реализации «внедрения зависимости». Он возвращает разные типы объектов в зависимости от кода инициализации. Пускай задача стоит доставить наш пакет сока, созданный строителем, фабрикой или ещё чем, куда захотел покупатель. Мы говорим локатору «дай нам службу доставки», и просим службу доставить сок по нужному адресу. Сегодня одна служба, а завтра может быть другая. Нам без разницы какая это конкретно служба, нам важно знать, что эта служба доставит то, что мы ей скажем и туда, куда скажем. В свою очередь службы реализуют интерфейс «Доставить на ».

Если говорить о реальной жизни, то наверное хорошим примером Service Locator-а может быть php-расширение PDO, т.к. сегодня мы работаем с базой данных MySQL, а завтра можем работать с PostgreSQL. Как Вы уже поняли, нашему классу не важно в какую базу данных отправлять свои данные, важно, что он может это делать.

Отличие Dependency injection от Service Locator

Если Вы еще не заметили, то хочется пояснить. Dependency injection в результате возвращает не сервис (которым можно что-то куда-то доставить) а объект, данные которого использует.

Паттерны ООП простыми словами: порождающие паттерны. Как въехать в программирование (ООП, паттерны)

Данной статьей мы начинаем серию статей, посвященных паттернам проектирования.

Статьи рассчитаны на тех, кто уже хорошо знает ООП.

Что такое паттерны в программировании

Ну, что ж, давайте сначала разберемся что такое паттерн. А затем плавно перейдем к такому понятию как «паттерны в программировании».

Паттерн — это повторяющийся элемент в различных сферах жизни.

Пример 1: окрас тигра — это паттерн.

Пример 2: Коробка передач — это паттерн.

В программировании, хотя каждая задача и каждая программа уникальна, у многих из них все же есть общие черты. Разработчики заметили эти закономерности, и выделили те, что наиболее часто встречаются, в паттерны (шаблоны проектирования, шаблоны программирования) . В паттернах предлагается в том числе наиболее оптимальные способы реализации той или иной задачи.

Теперь, вместо того чтобы выдумывать велосипед заново, можно воспользоваться знаниями людей, которые уже решали эти проблемы до нас. Таким образом:

Шаблон проектирования / шаблон программирования / паттерн — это типичные способы решения часто возникающих задач в сфере разработки ПО.

Паттерн — это не готовое решение, которое можно откуда-то скопировать и вставить в Вашу программу. Это только общие принципы, которые надо уметь правильно применить.

Мне надо знать паттерны?

  • Паттерны очень часто применяются на практик е. Конечно, для начинающих программистов понимание паттернов не всегда заходит легко. Так что наберитесь терпения и учим, учим, учим.
  • Паттерны часто спрашивают на собеседованиях.
  • И самое главное — паттерны предлагают Вам готовые решения . Они помогут Вам сохранить время и усилия, а качество программы повысится.

Откуда они взялись

Хотя сама идея паттернов далеко не новая, популярной она стала после выхода книги «Приёмы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования «. Это произошло в 1994 году. С тех пор мир захватила «шаблономания» ��

Какие они бывают

  • Порождающие (Creational Design Patterns)

Эти шаблоны что-то создают. Например, «как создать объект, который нельзя изменить»? «Как создать класс, который будет создавать новые объекты других классов?»?

  • Структурные (Structural Design Patterns)

Отвечают за иерархию классов и интерфейсов. Например, «как заставить объекты с несовместимыми интерфейсами работа вместе»?

  • Поведенческие (Behavioral Design Patterns)

Помогает добиться нужного поведения от объектов. Например, «как сделать так, чтобы объекты одного класса следили за изменениями в других классах и реагировали на них»?

Из чего состоит паттерн?

  • Задача, которую решает паттерн
  • Решение:
    • Структуры классов, составляющих решение;
    • Примера на одном из языков программирования;
  • Связь с другими паттернами

А конкретнее?

Существует 23 классических шаблона проектирования, с которых все и началось. В настоящий момент паттернов намного больше — минимум в 2-3 раза больше.

Здесь о каждом из них мы, конечно, говорить не будем — это много �� Но мы расскажем об основных паттернах в будущих статьях.

Самыми-самыми «базовыми» шаблонами проектирования можно назвать следующие:

С них можно начинать изучение паттернов. Ниже в этой статье Вы найдете ссылочки на статьи по этим паттернам.

Архитектура

Проектирование компьютерных программ

История

Польза

Главная польза каждого отдельного шаблона состоит в том, что он описывает решение целого класса абстрактных проблем. Также тот факт, что каждый шаблон имеет свое имя, облегчает дискуссию об абстрактных структурах данных (ADT) между разработчиками, так как они могут ссылаться на известные шаблоны. Таким образом, за счёт шаблонов производится унификация терминологии, названий модулей и элементов проекта.

Правильно сформулированный паттерн проектирования позволяет, отыскав удачное решение, пользоваться им снова и снова.

В отличие от идиом, шаблоны независимы от применяемого языка программирования.

Критика

Иногда шаблоны консервируют громоздкую и малоэффективную систему понятий, разработанную узкой группой. Когда количество шаблонов возрастает, превышая критическую сложность, исполнители начинают игнорировать шаблоны и всю систему, с ними связанную.

Нередко шаблонами заменяется отсутствие или недостаточность документации в сложной программной среде.

Есть мнение, что слепое применение шаблонов из справочника, без осмысления причин и предпосылок выделения каждого отдельного шаблона, замедляет профессиональный рост программиста, так как подменяет творческую работу механическим подставлением шаблонов. Люди, придерживающиеся данного мнения, считают, что знакомиться со списками шаблонов надо тогда, когда «дорос» до них в профессиональном плане — и не раньше. Хороший критерий нужной степени профессионализма — выделение шаблонов самостоятельно, на основании собственного опыта. При этом, разумеется, знакомство с теорией, связанной с шаблонами, полезно на любом уровне профессионализма и направляет развитие программиста в правильную сторону. Сомнению подвергается только использование шаблонов «по справочнику».

Шаблоны могут пропагандировать плохие стили разработки приложений, и зачастую слепо применяются.

Для преодоления этих недостатков используется рефакторинг .

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

  • Marker interface
  • Property Container

Порождающие шаблоны проектирования

  • Factory Method/Фабричный метод , Virtual Constructor
  • Anonymous subroutine objects

Структурные шаблоны (Structural)

  • Proxy/Заместитель , Surrogate
  • Container
  • Extensibility
  • Pipes and filters
  • Private class data

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

  • Active Object
  • Balking
  • Guarded suspension
  • Half-Sync/Half-Async
  • Leaders/followers
  • Monitor Object
  • Reactor
  • Read write lock
  • Scheduler
  • Thread pool
  • Thread-Specific Storage
  • Single Thread Execution

Enterprise

Unsorted

  • Property Container
  • Event Channel
  • Repository/Хранилище

Другие типы шаблонов

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов:

    Carrier R >Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Паттерны проектирования» в других словарях:

Шаблон проектирования — У этого термина существуют и другие значения, см. Паттерн. В разработке программного обеспечения, шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern) повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы… … Википедия

Шаблоны проектирования — (паттерн, англ. design pattern) это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения. Паттерн не является законченным… … Википедия

Шаблоны проектирования GRASP — GRASP (англ. General Responsibility Assignment Software Patterns (общие образцы распределения обязанностей)) паттерны, используемые в объектно ориентированном проектировании для решения общих задач по назначению обязанностей классам и объектам. В … Википедия

Большинство литературы посвященной паттернам в ООП (объектно-ориентированном программировании), как правило, объясняются на примерах с самим кодом. И это правильный подход, так как паттерны ООП уже по-умолчанию предназначаются для людей, которые знают что такое программирование и суть ООП. Однако порой требуется заинтересовать этой темой людей, которые в этом совершенно ничего не понимают, например «не-программистов» или же просто начинающих «компьютерщиков». Именно с этой целью и был подготовлен данный материал, который призван объяснить человеку любого уровня знаний, что такое паттерн ООП и, возможно, привлечет в ряды программистов новых «адептов», ведь программирование это на самом деле очень интересно.
Статья предназначена исключительно для новичков, так что «старожилы» ничего нового для себя не узнают. В основном статья описывает известные паттерны из книги «Приемы объектно-ориентированного программирования. Шаблоны проектирования.», но более популярным и простым языком.

Что же такое вообще паттерн в ООП?

Примечание:
Паттерны не привязаны к какому-либо конкретному языку программирования. Это просто подход к проектированию чего-либо. Если смотреть глубже, то многие паттерны ООП были созданы на основе реальных жизненный ситуаций в проектировании вполне себе осязаемых объектов нашего мира. Именно на таких метафорах и описаниях и будет построено дальнейшее изложение.

Порождающие паттерны

Singleton (одиночка)

Примечание:
Несмотря на удобство применения данного паттерна, он является одним из самых спорных при разработке и рекомендуется его применять только если нет никакого другого способа решения, потому как это создает значительные сложности при тестировании кода, однако это уже отдельная тема.

Registry (реестр, журнал записей)

Паттерны «одиночка» и «реестр» постоянно встречаются нам в повседневной жизни. Например бухгалтерия в фирме является «одиночкой», потому как она всегда одна и помнит что с ней происходило с момента ее начала работы. Фирма не создает каждый раз новую бухгалтерию когда ей требуется выдать зарплату. В свою очередь бухгалтерия является и «реестром», потому как в ней есть записи о каждом работнике фирмы.

Примечание:
«Реестр» нередко является «одиночкой», однако это не всегда должно быть именно так. Например мы можем заводить в бухгалтерии несколько журналов, в одном работники от «А» до «М», в другом от «Н» до «Я». Каждый такой журнал будет «реестром», но не «одиночкой», потому как журналов уже 2. Хотя нередко «реестр» служит именно для хранения «одиночек».
Сам паттерн «реестр» не являтся «порождающим паттерном» в полном смысле этого термина, однако его удобно рассматривать именно во взаимосвязи с ними.

Multiton (пул «одиночек»)
Object pool (пул объектов)
Factory (фабрика)
Builder (строитель)

Примечание:
Чтобы лучше понять разницу между фабрикой и строителем, можно использовать следующую метафору.
«Фабрика» — это автомат по продаже напитков, в нем уже есть всё готовое (или «осталось разогреть»), а вы только говорите что вам нужно (нажимаете кнопку). «Строитель» — это завод, который производит эти напитки и содержит в себе все сложные операции и может собирать сложные объекты из более простых (упаковка, этикетка, вода, ароматизаторы и т.п.) в зависимости от запроса.

Prototype (прототип)
Factory method (фабричный метод)

Примечание:
Как вы могли уже заметить, «фабричный метод» является как бы основой для «фабрики», «строителя» и «прототипа». В разработке часто именно так и получается, сперва реализуют фабричный метод, а по мере усложнения кода выбирают во что именно его преобразовать, в какой из перечисленных паттернов. При использовании «фабричного метода» каждый объект как бы сам является «фабрикой».

Lazy initialization (отложенная инициализация)
Dependency injection (внедрение зависимости)
Service Locator (локатор служб)

Структурирующие паттерны

Adapter или wrapper (адаптер, обертка)
Bridge (мост)
Composite (компоновщик)
Decorator (декоратор, оформитель)
Facade (фасад)
Front controller (единая точка входа)
Flyweight (приспособленец)
Proxy или surrogate (прокси, заместитель, суррогат)

Паттерны поведения

Chain of responsibility (цепочка обязанностей)
Command или action (команда, действие)
Interpreter (интерпретатор)
Iterator (итератор, указатель)
Mediator (посредник)
Memento (хранитель)
Observer или Listener (наблюдатель, слушатель)
Blackboard (доска объявлений)
Servant (слуга)
State (состояние)
Strategy (стратегия)
Specification (спецификация, определение)
Subsumption (категоризация)
Visitor (посетитель)
Single-serving visitor (одноразовый посетитель)
Hierarchical visitor (иерархический посетитель)

Заключение

Надеюсь вы нашли данный материал полезным для себя и благодарю за внимание.

По своей сути — паттерны — это обычные шаблоны проектирования. Заимствовано у обычных архитекторов (те, которые зданиями занимаются). Суть проста. В работе архитектора есть задачи, которые удобно решать одним или несколькими проверенными способами.

По аналогии в проектировании софта имееются свои архитектурные вопросы вроде разбиения приложения на компоненты/модули, организации зависимостей между ними, распределение функциональных обязанностей и т.п. Как ловко подметили авторы книжки из этой банды четырех (The «Gang of Four») в нашей индустрии можно также выделить некоторе количество типовых шаблонов, проверенных на практике, чтобы тем самым не наступать на уже обойденные другими грабли.

Суть постижения паттернов заключается в том, чтобы осознать в каких ситуациях правильно использовать тот или иной шаблон проектирования и правильно его применить. Важно понимать при этом, что формула «чем больше паттернов я придумал засунуть с свое приложение — тем лучше» — неверная. Использовать их следует с умом и только там, где они действительно нужны. Кроме того, патерны устаревают, превращаются в анти-паттерны по мере развития технологий (которые в нашей области делают это более чем стремительно). Ну и, конечно, есть шаблоны общепринятые и есть те, которые успешно используются в узких кругах.
Тут тоже надо понимать, что это не догма какая-то — типа 10 священных паттернов проектирования:)

Чтобы понять, где они нужны — нужен опыт. То есть (я лично убежден), что учиться на ошибках других может только крайне ограниченное число людей. Все остальные обязаны набить шишки самостоятельно:)

К изучению паттернов я дам такие советы:

1) Прочтите пару книжек, чтобы понять, что это за зверь и с чем его едят. Можно взять одну из вариаций книжки GoF или какие-то производные для вашего стека разработки — познакомиться с основными популярными шаблонами. Сразу после этого я посоветовал бы прочесть книжку «Горький вкус Java» (Брюс Тейт) — она про анти-паттерны. Это чтобы понять обратную сторону их использования. Мне понравилась и уберегла думаю от многих проблем. То что на примере Java — неважно. Речь идет о шаблонах, так что представителям других стеков (к которым отношусь и я) будет просто понять все равно.

2) Постарайтесь осознать, доводилось ли вам сталкиваться в работе раньше с чем-то, что является или могло бы легко стать одним из шаблонов. Где получалось применить концепт верно, а где из-за этого только проблемы были.

3) В новых проектах, держите в голове полученные по шаблонам знания — вдруг пригодятся.

В конечном итоге, знаете ли вы паттерны, или нет — с опытом приходит понимание того, какая архитектура будет правильная, а какая — нет. Как сделать удобно, а как нет. И неважно, какими паттернами это обозвать.

Я даже пожалуй посоветовал бы подойти к освоению айтишной архитектурной мудрости с другой стороны — со стороны нефункциональных требований или так называемых «-ilities» — их много. вот описаны 7 штук. А вообще их десятки .

Среди прочих — такие как maintainability (простая поддержка кода), scalability (масштабируемость), extensibility (расширяемость), availability (устойчивость) и тп. Если, проектируя свое приложение, вы задумываетесь об этих «илитях» и стараетесь их обеспечить в необходимом проекту объеме, то, как правило, ваше приложение будет иметь отличную архитектуру. При этом шаблоны проектирования в ней появятся лаконично сами собой.

Поскольку идея использовать шаблоны — это попытка опытных программных инженеров дать десяток готовых рецептов менее опытным, чтобы пока они не научились варить «вкусную кашу», они не варили уж что-то совсем несъедобное. 🙂 Учитесь «готовить», разбирайтесь в -ilites:) и все будет хорошо

К сожалению, не успел к началу вопроса, многое уже посоветовали, но эту статейку вроде не успели еще кинуть. Недавно нашел ее и просто поразился как просто и доступно это изложено + с примерами кода на php. Просто шикарный перевод великолепной статьи!

От себя же хочу сказать, что единственный способ понять паттерны — это столкнуться с проблемами которые они решают, ибо паттерны ни что иное как шаблоны решения каких то проблем (и предотвращения). Так что делаем вывод — нет проблем, не может быть и решений (конечно, вы просто не осознаете, что они есть, так как проект растет довольно медленно и чаще это какие то правки или добавление нового функционала, который не зависит от старого). Я очень долго пытался с ними разобраться, пробовал читать все перечисленные книги, но вроде читаешь такой и типа понимаешь, но с другой стороны какбы и нет. Вроде понятно, но где это применять хрен знает. Вообщем, как уже сказали, нужны реальные проблемы и тогда открываешь книгу с решениями этих проблем и думаешь какое решение выбрать. Это как с рецептами.. Хочешь что то приготовить, можешь как бы и сам, но не факт, что вкусно получится, тогда открываешь книгу проверенных рецептов и начинаешь применять все по шагам, опираясь при том на ингридиенты, которые у тебя имеются.

Так что посоветую 2 варианта изучения.
1) Тупо работаешь над сложные проектами, только действительно сложными, а не сайтиками на cms. И со временем ты начинаешь встречаться с проблемами. Тогда открываешь паттерны и тебе не придется даже как то их особо понимать, потому что это будет естевственно для тебя. Я думаю ты используешь ide вместо редактора кода. Но к примеру я помню тот момент, когда я пользовался саблаймом и знал, что есть ide, но я писал на тот момент простые вещи и когда мне говорили, почему я не юзаю ide, ведь в ней столько всего, я не понимал их потому что мне и саблайма за глаза хватало. Но пришло время, когда надо было то и се и саблайма стало мало. И тут открываю ide, а там уже есть все необходимое и думаешь в такие моменты, как я раньше этим не пользовался. А дело в том, что раньше и не надо было. Может неудачный пример, но вы поняли) Конечно, этот вариант изучения не совсем реален, по скольку сложный проект еще найти надо, да еще попасть в команду, которая не говнокодит, так как и крупные проекты бывают достаточно плохо написаны. Но можно как вариант к примеру делать свою cms и применять в ней как можно больше паттернов.

2) Тупо садитесь и изучаете паттерны (как и делал я). Но не просто изучаете, а к какждому паттерну придумываете как можно больше проблем, которые может у вас были или могут быть, так как паттерны в большинстве случаях любят описывать в метафорах, но чаще это получается слишком абстрактно, поэтому нужно чтобы вы придумали свои конкретные задачи, где бы вы попробовали применить этот паттерн. И второй этап — садитесь и пишите эти задачи. Тупо открываете свой яп и реализовываете паттерн. При чем несколько раз с разными проблемами.

Также советую четко понять uml диаграммы. Таким образом, чтобы освежить паттерн вы не будете читать примеры, а просто посмотрите диаграмму и сразу вспомните, зачем он нужен и как его можно реализовать.
Вот пожалуй и все

Основы паттернов проектирования

Введение в паттерны проектирования

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:

Абстрактная фабрика (Abstract Factory)

Фабричный метод (Factory Method)

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:

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

Цепочка обязанностей (Chain of responsibility)

Шаблонный метод (Template method)

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)

Шаблонный метод (Template Method)

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

Паттерны ооп в метафорах. Паттерны ООП простыми словами: порождающие паттерны

При создании программных систем перед разработчиками часто встает проблема выбора тех или иных проектных решений. В этих случаях на помощь приходят паттерны. Дело в том, что почти наверняка подобные задачи уже решались ранее и уже существуют хорошо продуманные элегантные решения, составленные экспертами. Если эти решения описать и систематизировать в каталоги, то они станут доступными менее опытным разработчикам, которые после изучения смогут использовать их как шаблоны или образцы для решения задач подобного класса. Паттерны как раз описывают решения таких повторяющихся задач.

Концепция создания программного обеспечения с использованием паттернов, несомненно, очень важная, но относительно молодая, быть может, поэтому до сих пор нет четкого определения, что же такое паттерн. Об этом свидетельствуют непрекращающиеся дискуссии в популярной литературе и на соответствующих форумах в сети.

Например, следует ли считать алгоритмы и структуры данных паттернами? По этому вопросу существуют противоположные мнения. Согласно одному из них, алгоритмы являются вычислительными паттернами, а хорошо известная фундаментальная монография Дональда Кнута «Искусство программирования» по сути, представляет собой каталог таких паттернов. Согласно другому мнению, алгоритмы не являются паттернами, так как решаемые ими проблемы слишком малы (оперируют такими понятиями как вычислительная сложность и потребление ресурсов), а область решения хорошо очерчена. Паттерны же решают проблемы большего масштаба, при этом паттерн дает не конкретное решение, а некий путь к решению, причем, выбор правильного паттерна — задача нетривиальная, предполагающая от архитектора наличие интуиции, опыта, определенного творчества.

Классификация паттернов

В силу популярности каталога GoF часто под паттернами проектирования подразумевают все виды паттернов программной индустрии, что является не совсем корректным. В области разработки программных систем существует множество паттернов, которые отличаются областью применения, масштабом, содержимым, стилем описания. Например, в зависимости от сферы применения существуют такие паттерны как паттерны анализа, проектирования, тестирования, документирования, организации процесса разработки, планирования проектов и другие. 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 делятся на следующие категории:

  • Архитектурные паттерны
  • Паттерны проектирования
  • Идиомы

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. В русскоязычной литературе обычно встречаются несколько вариантов перевода оригинального названия design patterns — паттерны проектирования, шаблоны проектирования, образцы. Здесь в основном используется первый вариант, иногда второй.

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.

Типы паттернов проектирования

Порождающие паттерны

  • Абстрактная фабрика (Abstract factory) — класс, который представляет собой интерфейс для создания компонентов системы.
  • Фабричный метод (Factory method) — определяет интерфейс для создания объекта, но оставляет подклассам решение о том, какой класс инстанцировать.
  • Прототип (Prototype) — определяет интерфейс создания объекта через клонирование другого объекта вместо создания через конструктор.
  • Строитель (Builder) — класс, который представляет собой интерфейс для создания сложного объекта.
  • Одиночка (Singleton) — класс, который может иметь только один экземпляр.
  • Отложенная инициализация (Lazy initialization) — объект, инициализируемый во время первого обращения к нему.

Структурные паттерны

  • Адаптер (Adapter) — объект, обеспечивающий взаимодействие двух других объектов, один из которых использует, а другой предоставляет несовместимый с первым интерфейс.
  • Компоновщик (Composite) — объект, который объединяет в себе объекты, подобные ему самому.
  • Декоратор или Обёртка (Decorator) — класс, расширяющий функциональность другого класса без использования наследования.
  • Фасад (Facade) — объект, который абстрагирует работу с несколькими классами, объединяя их в единое целое.
  • Единая точка входа (Front Controller) — обеспечивает унифицированный интерфейс для интерфейсов в подсистеме. Front Controller определяет высокоуровневый интерфейс, упрощающий использование подсистемы.
  • Заместитель (Proxy) — объект, который является посредником между двумя другими объектами, и который реализует/ограничивает доступ к объекту, к которому обращаются через него.

Поведенческие паттерны

  • Команда, Экшен, Транзакция (Command) — представляет действие. Объект команды заключает в себе само действие и его параметры.
  • Стратегия (Strategy) — предназначен для определения семейства алгоритмов, инкапсуляции каждого из них и обеспечения их взаимозаменяемости.
  • Шаблонный метод (Template method) — определяет основу алгоритма и позволяет наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом.
  • Наблюдатель, Слушатель (Observer) — определяет зависимость типа «один ко многим» между объектами таким образом, что при изменении состояния одного объекта все зависящие от него оповещаются об этом событии.
  • Цепочка обязанностей (Chain of responsibility) — предназначен для организации в системе уровней ответственности.

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.

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 , 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.

Мастер Йода рекомендует:  На каком языке писать сайт

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.

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.

Типы шаблонов проектирования

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.

Частные

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

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

Если вы когда-либо интересовались, что представляют собой шаблоны проектирования, то добро пожаловать. В этой статье я расскажу, что это такое, зачем они нужны, как их использовать, и приведу примеры наиболее распространенных шаблонов на PHP.

Что такое шаблоны проектирования?

Шаблоны проектирования — это проверенные и готовые к использованию решения часто возникающих в повседневном программировании задач. Это не класс и не библиотека, которую можно подключить к проекту, это нечто большее. Шаблон проектирования, подходящий под задачу, реализуется в каждом конкретном случае. Кроме того, он не зависит от языка программирования. Хороший шаблон легко реализуется в большинстве, если не во всех языках, в зависимости от выразительных средств языка. Следует, однако, помнить, что такой шаблон, будучи примененным неправильно или к неподходящей задаче, может принести немало проблем. Тем не менее, правильно примененный шаблон поможет решить задачу легко и просто.

Существует три типа шаблонов:

Структурные шаблоны определяют отношения между классами и объектами, позволяя им работать совместно.

Порождающие шаблоны предоставляют механизмы инициализации, позволяя создавать объекты удобным способом.

Поведенческие шаблоны используются для того, чтобы упростить взаимодействие между сущностями.

Зачем нужны шаблоны проектирования?

Шаблон проектирования, по своей сути, это продуманное решение той или иной задачи. Если вы столкнулись с известной задачей, почему бы не использовать готовое решение, проверенное опытом?

Пример

Давайте представим, что вам необходимо объединить два класса, которые выполняют различные операции в зависимости от ситуации. Эти классы интенсивно используются существующей системой, что не позволяет удалить один из них и добавить его функциональность во второй. Кроме того, изменение кода потребует его тщательного тестирования, поскольку такой рефакторинг ведет к неизбежным ошибкам. Вместо этого вы можете реализовать шаблоны «Стратегия» и «Адаптер» и с их помощью решить задачу.

Class StrategyAndAdapterExampleClass < private $_class_one; private $_class_two; private $_context; public function __construct($context) < $this->_context = $context; > public function operation1() < if($this->_context == «context_for_class_one») < $this->_class_one->operation1_in_class_one_context(); > else ($this->_context == «context_for_class_two») < $this->_class_two->operation1_in_class_two_context(); > > >

Просто, не правда ли? Давайте посмотрим поближе на шаблон «Стратегия».

Шаблон «Стратегия»

Стратегия — поведенческий шаблон, который позволяет выбрать поведение программы в процессе выполнения в зависимости от контекста путем инкапсуляции нескольких алгоритмов в разных классах.

В примере выше выбор стратегии основан на значении переменной $context , которое было в момент создания объекта. Если значение было «context_for_class_one» , программа будет использовать класс class_one . И наоборот.

Хорошо, но где это можно использовать?

Представьте, что вы разрабатываете класс, который может создать или обновить запись в базе данных. В обоих случаях входные параметры будут одни и те же (имя, адрес, номер телефона и т. п.), но, в зависимости от ситуации, он будет должен использовать различные функции для обновления и создания записи. Можно каждый раз переписывать условие if/else , а можно создать один метод, который будет принимать контекст:

Обычно шаблон «Стратегия» подразумевает инкапсуляцию алгоритмов в классы, но в данном случае это излишне. Помните, что вы не обязаны следовать шаблону слово в слово. Любые варианты допустимы, если они решают задачу и соответствуют концепции.

Шаблон «Адаптер»

Адаптер — структурный шаблон, который позволяет использовать класс, реализующий нужные функции, но имеющий неподходящий интерфейс.

Также он позволяет изменить некоторые входные данные для совместимости с интерфейсом внутреннего класса.

Как его использовать?

Другое название адаптера — «Обертка». Он «оборачивает» новый интерфейс вокруг класса для его использования. Классический пример: вам надо создать класс предметной модели, имея классы объектов в базе данных. Вместо того, чтобы обращаться к табличным классам напрямую и вызывать их методы по одному, вы можете инкапсулировать вызовы этих методов в одном методе в адаптере. Это не только позволит повторно использовать набор операций, но и избавит вас от постоянного переписывания большого количества кода, если вам потребуется выполнить тот же набор действий в другом месте.

Сравните два примера.

Без адаптера

Если нам придется использовать такой код повторно, мы будем вынуждены переписывать все это заново.

С использованием адаптера

Мы можем создать класс-обертку Account:

>CreateOrUpdate(// часть параметров); $profile = new Profile(); $profile->CreateOrUpdate(// часть параметров); > > $account_domain = new Account(); $account_domain->NewAccount(// параметры);

Теперь мы можем использовать класс Account каждый раз и, кроме того, мы можем добавить в него дополнительные функции.

Шаблон «Метод-фабрика»

Фабрика — порождающий шаблон, который представляет собой класс с методом для создания различных объектов.

Основная цель этого шаблона — инкапсулировать процедуру создания различных классов в одной функции, которая в зависимости от переданного ей контекста возвращает необходимый объект.

Как его использовать?

Фабрика обычно используется для создания различных вариантов базового класса. Допустим, у вас есть класс кнопки — Button — и три варианта — ImageButton , InputButton и FlashButton . С помощью фабрики вы можете создавать различные варианты кнопок в зависимости от ситуации.

Сначала создадим три класса:

Теперь мы можем написать нашу фабрику:

и использовать ее:

На выходе должен получиться HTML со всеми типами кнопок. Таким образом мы получили возможность указать, кнопку какого типа мы хотим получить, и использовать код повторно.

Шаблон «Декоратор»

Декоратор — это структурный шаблон, который позволяет добавить новое поведение объекту в процессе выполнения программы в зависимости от ситуации.

Цель — в расширении поведения конкретного объекта без необходимости изменять поведение базового класса. Это позволит использовать несколько декораторов одновременно. Этот шаблон — альтернатива наследованию. В отличие от наследования, декоратор добавляет поведение в процессе выполнения программы.

Для реализации декоратора нам понадобится:

  1. Унаследовать класс-декоратор от базового.
  2. Добавить поле со ссылкой на базовый класс в декоратор.
  3. Передать ссылку на декорируемый объект в конструктор декоратора.
  4. Перенаправить методы из декоратора на декорируемый объект.
  5. Переопределить методы в декораторе, поведение которых необходимо изменить.

Как его использовать?

Предположим, что у нас есть объект, который должен иметь определенное поведение в определенной ситуации. Например, у нас есть HTML-ссылка для выхода из аккаунта, которая должна по-разному показываться в зависимости от того, на какой странице мы находимся. Это тот самый случай, когда нам помогут декораторы.

Сначала определимся, какие «декорации» нам нужны:

  • Если мы на заглавной странице и вошли в аккаунт, ссылка должна быть в h2 -теге.
  • Если мы на любой другой странице и вошли в аккаунт, ссылка должна быть подчеркнутой.
  • Если мы вошли в аккаунт, ссылка должна быть в strong -теге.

Теперь мы можем написать сами декораторы:

Class HtmlLinks < // методы для работы с любой HTML-ссылкой >class LogoutLink extends HtmlLinks < protected $_html; public function __construct() < $this->_html = «Logout»; > public function setHtml($html) < $this->_html = $html; > public function render() < echo $this->_html; > > class LogoutLinkH2Decorator extends HtmlLinks < protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) < $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml(«» . $this->_html . «»); > public function __call($name, $args) < $this->_logout_link->$name($args); > > class LogoutLinkUnderlineDecorator extends HtmlLinks < protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) < $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml(«» . $this->_html . «»); > public function __call($name, $args) < $this->_logout_link->$name($args); > > class LogoutLinkStrongDecorator extends HtmlLinks < protected $_logout_link; public function __construct($logout_link) < $this->_logout_link = $logout_link; $this->setHtml(«» . $this->_html . «»); > public function __call($name, $args) < $this->_logout_link->$name($args); > >

Теперь мы можем использовать их так:

Обратите внимание, как можно использовать несколько декораторов на одном объекте. Все они используют функцию __call для вызова оригинального метода. Если мы войдем в аккаунт и перейдем на заглавную страницу, результат будет такой:

Logout

Шаблон «Одиночка»

Одиночка — порождающий шаблон, который позволяет убедиться, что в процессе выполнения программы создается только один экземпляр класса с глобальным доступом.

Его можно использовать как точку «координации» для других объектов, поскольку поля «Одиночки» будут одинаковы для всех, кто его вызывает.

Как его использовать?

Если вам необходимо передавать определенный экземпляр из класса в класс, вы можете передавать его каждый раз через конструктор или использовать «Одиночку». Допустим, у вас есть класс Session , который содержит данные о текущей сессии. Поскольку сессия инициализируется только один раз, мы можем реализовать его так:

Теперь мы можем получить доступ к сессии из различных участков кода, даже из других классов. Метод getInstance всегда будет возвращать одну и ту же сессию.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели только наиболее часто встречающиеся шаблоны из множества. Если вы хотите узнать больше о шаблонах проектирования, вы найдете достаточно информации на Википедии . Для более полной информации обратите внимание на знаменитую книгу «Приемы объектно-ориентированного проектирования» «Банды четырех».

И последнее: при использовании того или иного шаблона убедитесь, что вы решаете задачу правильным способом. Как уже упоминалось, при неправильном использовании шаблоны проектирования могут доставить больше проблем, чем решить. Но при правильном — их пользу нельзя переоценить.

Большинство литературы посвященной паттернам в ООП (объектно-ориентированном программировании), как правило, объясняются на примерах с самим кодом. И это правильный подход, так как паттерны ООП уже по-умолчанию предназначаются для людей, которые знают что такое программирование и суть ООП. Однако порой требуется заинтересовать этой темой людей, которые в этом совершенно ничего не понимают, например «не-программистов» или же просто начинающих «компьютерщиков». Именно с этой целью и был подготовлен данный материал, который призван объяснить человеку любого уровня знаний, что такое паттерн ООП и, возможно, привлечет в ряды программистов новых «адептов», ведь программирование это на самом деле очень интересно.
Статья предназначена исключительно для новичков, так что «старожилы» ничего нового для себя не узнают. В основном статья описывает известные паттерны из книги «Приемы объектно-ориентированного программирования. Шаблоны проектирования.», но более популярным и простым языком.

Что же такое вообще паттерн в ООП?

Примечание:
Паттерны не привязаны к какому-либо конкретному языку программирования. Это просто подход к проектированию чего-либо. Если смотреть глубже, то многие паттерны ООП были созданы на основе реальных жизненный ситуаций в проектировании вполне себе осязаемых объектов нашего мира. Именно на таких метафорах и описаниях и будет построено дальнейшее изложение.

Порождающие паттерны

Singleton (одиночка)

Примечание:
Несмотря на удобство применения данного паттерна, он является одним из самых спорных при разработке и рекомендуется его применять только если нет никакого другого способа решения, потому как это создает значительные сложности при тестировании кода, однако это уже отдельная тема.

Registry (реестр, журнал записей)

Паттерны «одиночка» и «реестр» постоянно встречаются нам в повседневной жизни. Например бухгалтерия в фирме является «одиночкой», потому как она всегда одна и помнит что с ней происходило с момента ее начала работы. Фирма не создает каждый раз новую бухгалтерию когда ей требуется выдать зарплату. В свою очередь бухгалтерия является и «реестром», потому как в ней есть записи о каждом работнике фирмы.

Примечание:
«Реестр» нередко является «одиночкой», однако это не всегда должно быть именно так. Например мы можем заводить в бухгалтерии несколько журналов, в одном работники от «А» до «М», в другом от «Н» до «Я». Каждый такой журнал будет «реестром», но не «одиночкой», потому как журналов уже 2. Хотя нередко «реестр» служит именно для хранения «одиночек».
Сам паттерн «реестр» не являтся «порождающим паттерном» в полном смысле этого термина, однако его удобно рассматривать именно во взаимосвязи с ними.

Multiton (пул «одиночек»)
Object pool (пул объектов)
Factory (фабрика)
Builder (строитель)

Примечание:
Чтобы лучше понять разницу между фабрикой и строителем, можно использовать следующую метафору.
«Фабрика» — это автомат по продаже напитков, в нем уже есть всё готовое (или «осталось разогреть»), а вы только говорите что вам нужно (нажимаете кнопку). «Строитель» — это завод, который производит эти напитки и содержит в себе все сложные операции и может собирать сложные объекты из более простых (упаковка, этикетка, вода, ароматизаторы и т.п.) в зависимости от запроса.

Prototype (прототип)
Factory method (фабричный метод)

Примечание:
Как вы могли уже заметить, «фабричный метод» является как бы основой для «фабрики», «строителя» и «прототипа». В разработке часто именно так и получается, сперва реализуют фабричный метод, а по мере усложнения кода выбирают во что именно его преобразовать, в какой из перечисленных паттернов. При использовании «фабричного метода» каждый объект как бы сам является «фабрикой».

Lazy initialization (отложенная инициализация)
Dependency injection (внедрение зависимости)
Service Locator (локатор служб)

Структурирующие паттерны

Adapter или wrapper (адаптер, обертка)
Bridge (мост)
Composite (компоновщик)
Decorator (декоратор, оформитель)
Facade (фасад)
Front controller (единая точка входа)
Flyweight (приспособленец)
Proxy или surrogate (прокси, заместитель, суррогат)

Паттерны поведения

Chain of responsibility (цепочка обязанностей)
Command или action (команда, действие)
Interpreter (интерпретатор)
Iterator (итератор, указатель)
Mediator (посредник)
Memento (хранитель)
Observer или Listener (наблюдатель, слушатель)
Blackboard (доска объявлений)
Servant (слуга)
State (состояние)
Strategy (стратегия)
Specification (спецификация, определение)
Subsumption (категоризация)
Visitor (посетитель)
Single-serving visitor (одноразовый посетитель)
Hierarchical visitor (иерархический посетитель)

Заключение

Надеюсь вы нашли данный материал полезным для себя и благодарю за внимание.

Архитектура

Проектирование компьютерных программ

История

Польза

Главная польза каждого отдельного шаблона состоит в том, что он описывает решение целого класса абстрактных проблем. Также тот факт, что каждый шаблон имеет свое имя, облегчает дискуссию об абстрактных структурах данных (ADT) между разработчиками, так как они могут ссылаться на известные шаблоны. Таким образом, за счёт шаблонов производится унификация терминологии, названий модулей и элементов проекта.

Правильно сформулированный паттерн проектирования позволяет, отыскав удачное решение, пользоваться им снова и снова.

В отличие от идиом, шаблоны независимы от применяемого языка программирования.

Критика

Иногда шаблоны консервируют громоздкую и малоэффективную систему понятий, разработанную узкой группой. Когда количество шаблонов возрастает, превышая критическую сложность, исполнители начинают игнорировать шаблоны и всю систему, с ними связанную.

Нередко шаблонами заменяется отсутствие или недостаточность документации в сложной программной среде.

Есть мнение, что слепое применение шаблонов из справочника, без осмысления причин и предпосылок выделения каждого отдельного шаблона, замедляет профессиональный рост программиста, так как подменяет творческую работу механическим подставлением шаблонов. Люди, придерживающиеся данного мнения, считают, что знакомиться со списками шаблонов надо тогда, когда «дорос» до них в профессиональном плане — и не раньше. Хороший критерий нужной степени профессионализма — выделение шаблонов самостоятельно, на основании собственного опыта. При этом, разумеется, знакомство с теорией, связанной с шаблонами, полезно на любом уровне профессионализма и направляет развитие программиста в правильную сторону. Сомнению подвергается только использование шаблонов «по справочнику».

Шаблоны могут пропагандировать плохие стили разработки приложений, и зачастую слепо применяются.

Для преодоления этих недостатков используется рефакторинг .

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

  • Marker interface
  • Property Container

Порождающие шаблоны проектирования

  • Factory Method/Фабричный метод , Virtual Constructor
  • Anonymous subroutine objects

Структурные шаблоны (Structural)

  • Proxy/Заместитель , Surrogate
  • Container
  • Extensibility
  • Pipes and filters
  • Private class data

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

  • Active Object
  • Balking
  • Guarded suspension
  • Half-Sync/Half-Async
  • Leaders/followers
  • Monitor Object
  • Reactor
  • Read write lock
  • Scheduler
  • Thread pool
  • Thread-Specific Storage
  • Single Thread Execution

Enterprise

Unsorted

  • Property Container
  • Event Channel
  • Repository/Хранилище

Другие типы шаблонов

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов:

    Carrier R >Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Паттерны проектирования» в других словарях:

Шаблон проектирования — У этого термина существуют и другие значения, см. Паттерн. В разработке программного обеспечения, шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern) повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы… … Википедия

Шаблоны проектирования — (паттерн, англ. design pattern) это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения. Паттерн не является законченным… … Википедия

Шаблоны проектирования GRASP — GRASP (англ. General Responsibility Assignment Software Patterns (общие образцы распределения обязанностей)) паттерны, используемые в объектно ориентированном проектировании для решения общих задач по назначению обязанностей классам и объектам. В … Википедия

Паттерны ООП простыми словами: паттерны поведения

В своей статье, посвященной паттернам ООП, сайт proglib.io предлагает простыми словами поговорить о паттернах поведения, описывающих, как должны происходить процессы с несколькими вариантами развития событий.

Chain of responsibility (цепочка обязанностей)

Простейший пример цепочки обязанностей – процесс получения любого официального документа. Допустим, вам нужно получить некую справку из банка. Вы приходите в отделение рядом с домом, но там только выдают и принимают деньги. Вы идете в более крупное отделение города, но оказывается, что там такие справки не выдаются. Так происходит, пока вы не добираетесь до регионального отделения, где вам, наконец, могут дать нужную справку.

Таким образом сформирована «цепочка обязанностей», отдельные объекты которой обрабатывают ваш запрос. Запрос может быть обработан и в первом отделении, в зависимости от типа запроса и объектов, которые его обрабатывают.

Command/action (команда/действие)

Паттерн «Команда» похож на то, как работают выключатели света в наших домах. Каждый выключатель делает простое действие – соединяет или разъединяет два контакта. Что стоит за этими контактами выключателю неизвестно. Этот паттерн просто определяет общие правила для объектов, без необходимости описания всей подоплеки. Благодаря этому, одним типом выключателей можно взаимодействовать как с освещением, так и с чайником.

Iterator (итератор, указатель)

«Итератор» предоставляет правила доступа к списку объектов вне зависимости от их типа. Пример в реальной жизни – школьная шеренга на физкультуре, рассчитывающаяся на первый-второй. Часто, этот паттерн используется для доступа к другому – «реестру».

Mediator (посредник)

Вернемся к примеру из паттерна «одиночка» – телефонной станции. Ее можно рассматривать в качестве релевантного примера и для данного паттерна. Однако есть различия: «посредник» должен еще и управлять своей группой. Если вернуться к примеру со строем, то «медиатором» в нем будет командир, отдающий приказы.

Specification (спецификация, определение)

Этот паттерн описывает, подходит ли данный объект по параметрам. К примеру, нужно погрузить на судно грузовые контейнеры. Чтобы понять, нужно ли грузить конкретный контейнер, нам нужно выбрать метод, который будет это определять – этот процесс будет реализован паттерном «спецификация». В простейшем случае для каждого контейнера в «спецификации» мы определим страну назначения и если она будет совпадать со страной прибытия корабля – будем грузить. Таким образом, один раз вводится правило «сравнить две страны назначения», которое будет применяться ко всем кораблям и контейнерам.

Subsumption (категоризация)

Является прямым следствием «спецификации». Позволяет распределять объекты по категориям на основе определенных условий. Примером категоризации по аналогии с контейнерами и кораблями будет то, какие контейнеры в какие страны направляются.

Memento (хранитель)

Вспомните тот момент, когда вы просили знакомого человека рядом записать в свой мобильный номер, который вам диктуют по телефону. В этот момент ваш товарищ реализовал паттерн «хранитель».

В общих случаях он нужен, когда какому-то объекту требуется сохранить свое состояние в другом объекте и при необходимости восстановить его.

Observer или Listener (наблюдатель, слушатель)

Данный паттерн – это подписка на событие. К примеру, если вы подписаны на смс или email рассылку – ваш телефон или почтовый ящик реализует паттерн «Listener».

Blackboard (доска объявлений)

Данный паттерн является расширением предыдущего. Blackboard позволяет централизовано обслуживать как «наблюдателя», так и создателя событий. По аналогии с прошлым примером, этот паттерн реализует сам сайт, на котором был подписан пользователь и который генерирует рассылки.

Servant (слуга)

Servant служит для предоставления группе объектов общего функционала. Например, сайт с рассылкой из прошлого примера может быть для своих пользователей еще и «слугой», предоставляя, например, на главной странице информацию о точном времени или погоде, помимо основной рассылки.

Visitor (посетитель)

«Посетителя» легко понять, если представить стационарное обследование в больнице. Здесь посетителями будут врачи, которые приходят к пациенту и осматривают его. Мы можем использовать один и тот же алгоритм, чтобы отправлять разных врачей к разным пациентам.

Single-serving visitor (одноразовый посетитель)

Частный случай предыдущего паттерна. В рамках прошлого примера, врач будет не один и тот же, а каждый раз другой. То есть, мы отправляем к пациенту не врача, который работает в больнице, а каждый раз нанимаем самостоятельного доктора, который делает свою работу, получает плату и уходит.

Hierarchical visitor (иерархический посетитель)

Это тот же врач-«посетитель», только он отправляется в больницу и обходит всех больных, а не только одного.

State (состояние)

Можно привести в качестве аналогии внутреннее состояние человека – оно может быть разным в разный момент времени. Например, человек пришел с работы и получил запрос «Сходить в магазин». Такой запрос вызовет негативную выдачу «не пойду». Однако, если завтра человеку никуда не надо, возможно, он захочет купить в магазине не только хлеб насущный и результат обработки запроса будет ровно противоположным. Итого: один объект, один запрос, разные результаты. Для определения результата и используется «состояние».

Strategy (стратегия)

Человек приходит в магазин и имеет такие входные условия: нужно много, денег мало. В таком случае поиск нужных товаров займет много времени, чтобы они подошли по цене. В случае, если нужно много и денег тоже много, то в корзину будут попадать первые приглянувшиеся товары и времени на покупки уйдет меньше. Этот человек в магазине реализовывает паттерн «стратегия»: в зависимости от заданных параметров он выбирает стратегию расходования ресурсов для выполнения задачи.

***
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Шпаргалка по шаблонам проектирования с примерами кода на С++

Описание паттернов, uml-схемы, плюс код на плюсах.

За небольшое время своей профессиональной деятельности я редко сознательно прибегал к использованию шаблонов проектирования. Решил себе сделать шпаргалку. Пост ничего принципиально нового не несет, он лишь способ для меня систематизации знаний. Скомпилировано на основе найденного в интернете(1, 2, 3, 4, 5, GOF , гугл и википедия). Пост постепенно будет дописываться и обновляться.

Содержание

Условные обозначения

  • — агрегация (aggregation) — описывает связь «часть»–«целое», в котором «часть» может существовать отдельно от «целого». Ромб указывается со стороны «целого».
  • композиция (composition) — подвид агрегации, в которой «части» не могут существовать отдельно от «целого».
  • — зависимость (dependency) — изменение в одной сущности (независимой) может влиять на состояние или поведение другой сущности (зависимой). Со стороны стрелки указывается независимая сущность.
  • — обобщение (generalization) — отношение наследования или реализации интерфейса. Со стороны стрелки находится суперкласс или интерфейс.

Базовые типовые решения

Шлюз (Gateway)

Это объект, инкапсулирующий доступ к внешней схеме или источнику данных. Смысл применения шлюза — обеспечить более удобный интерфейс для доступа к внешней системе. Весь специализированный код API помещается в класс-шлюз, интерфейс которого не отличается от интерфейса обычного объекта. Интерфейс шлюза может даже представлять собой точную копию инкапсулируемого интерфейса. Шлюз разрабатывается клиентом для использования внешнего приложения в отличие от интерфейса (Facade). В отличие от адаптера (Adapter) интерфейс шлюза не нужно подстраивать под какой-либо существующий интерфейс. И в отличие от медиатора (Mediator) шлюз разделяет только два объекта, причем источник данных не знает о существовании шлюза. Одно из главных назначений шлюза — обеспечить основу для реализации фиктивных служб (Service Stub).

Преобразователь (Mapper)

Это объект, устанавливающий взаимодействие между двумя независимыми объектами. Основное назначение преобразователя — отделить друг от друга различные части программной системы. Преобразователь представляет собой некий “изоляционный” слой, проложенный между двумя подсистемами. Он управляет взаимодействием подсистем, зачастую лишь перемещая данные из одного слоя в другой. Разделяемые подсистемы не зависят друг от друга, поэтому ни одна из них не может напрямую вызвать запуск преобразователя. Этот вызов обычно возлагают на третью подсистему, либо реализуют преобразователь в виде типового решения обозреватель (Observer). В отличие от медиатора (Mediator), объекты, разделенные преобразователем, не знают о наличии последнего.

Супертип слоя (Layer Supertype)

Это тип, выполняющий роль суперкласса для всех классов своего слоя. Супертип слоя используется тогда, когда все объекты соответствующего слоя имеют некоторые общие свойства или поведение. Чтобы избежать повторения, всё общее поведение можно вынести в супертип слоя. Если в рассматриваемом приложении находятся объекты нескольких различных типов, может понадобиться создать несколько супертипов слоя.

Отдельный интерфейс (Separated Interface)

Этот шаблон предполагает размещение интерфейса и его реализации в разных пакетах. Отдельный интерфейс используется тогда, когда нужно уничтожить зависимость между двумя подсистемами, обеспечить поддержку нескольких независимых реализаций или осуществить вызовы методов, противоречащие общей структуре зависимостей. Если реализация имеет только одного клиента или все клиенты реализации находятся в одном пакете, интерфейс может быть размещен прямо в пакете клиента. Если имеется несколько клиентских пакетов или определение интерфейса не входит в обязанности разработчиков клиентского пакета, то интерфейс помещается в пакет, отдельный от клиентских.

Реестр (Registry)

Это “глобальный” (в действительности не обязательно таковой) объект, который используется другими объектами для поиска общих объектов или служб. В качестве интерфейса реестров рекомендуется применять статические методы. Обычно глобальный по отношению к процессу реестр реализуется в виде единственного элемента (Singleton). Рекомендуется использовать явные классы с явными методами, которые позволяют проследить, какие ключи применяются для поиска объекта. Явный класс позволяет сохранить типовую безопасность в статически типизированных языках, а также инкапсулировать структуру реестра, чтобы при последующем росте системы её можно было вынести в нужный класс или слой. Разные области видимости требуют различных реализаций, однако интерфейс при этом может быть общий.

Объект-значение (Value Object)

Также может иметься в виду объект переноса данных (Data Transfer Object)
Это небольшие простые объекты наподобие денежных значений или диапазонов дат, равенство которых не основано на равенстве идентификаторов. Применяется для моделирования тех сущностей, равенство которых определяется по значениям полей. Эти объекты делаются неизменяемыми, т.е. чтобы после создания объекта значения его полей не изменялись. Такие объекты можно передавать в виде значения, а не в виде ссылки на объект. Два объекта считаются равными если равны значения их полей. Обычно изменение полей объекта подразумевает полную замену старого объекта новым. Как правило для хранения объектов-значений применяют внедренные значения (Embedded Value) или крупные сериализованные объекты (Serialized LOB).

Деньги (Money)

Этот шаблон представляет денежное значение. Денежные величины представляют собой объекты-значения (Value Object), поэтому и хранить их желательно в виде внедренного значения (Embedded Value). Величина денежной суммы обычно представляется значением целочисленного типа или же действительным значением с фиксированным количеством десятичных знаков. Это препятствует созданию некорректных значений, обусловленных работой с числами с плавающей запятой. Таким образом инкапсулируется обработка округления, что позволяет избежать большинства ошибок округления до фиксированного количества десятичных знаков. Еще одним преимуществом является возможность одновременного выполнения вычислений в нескольких единицах измерения (валютах).

Частный случай (Special Case)

Производный класс, описывающий поведение объекта в особых ситуациях. Суть заключается в возврате специального объекта с тем интерфейсом, который ожидает увидеть вызывающий метод. Следует применять для описания повторяющегося поведения, связанного с обработкой значений NULL или других особых ситуаций после выполнения соответствующих проверок на их наличие. Обычно, но не всегда, для реализации можно воспользоваться типовым решением приспособленец (Flyweight). Нередки ситуации, когда при переопределении методов в частном случае последний возвращает еще один частный случай.

Дополнительный модуль (Plugin)

Связывает классы во время настройки, а не во время компиляции приложения. Это типовое решение применяется тогда, когда одно и то же поведение может иметь несколько реализаций в зависимости от выбранной исполняющей среды. Также дополнительный модуль обеспечивает централизованную настройку приложения во время выполнения. Обычно определяется Отдельный интерфейс (Separated Interface), а затем пишется объект-фабрика (Factory Method) дополнительного модуля, который будет выполнять отображение интерфейса на необходимые реализации. Также дополнительный модуль комбинируется с типовым решением единственный элемент (Singleton). Применение дополнительного модуля наиболее предпочтительно в языках, поддерживающих отражение, поскольку объект-фабрика может создавать объекты реализаций без необходимости устанавливать зависимости во время компиляции.

Фиктивная служба (Service Stub)

Синонимы: объект-имитатор (Mock Object)

Устраняет зависимости приложения от труднодоступных или проблемных служб на время тестирования. Используется тогда, когда зависимость приложения от конкретной внешней службы значительно затрудняет процесс разработки и тестирования. Обычно устанавливают доступ к внешней службе с помощью шлюза (Gateway). Последний следует реализовать не как класс, а в виде отдельного интерфейса (Separated Interface), имеющего одну реализацию для обращения к реальной службе и, как минимум, еще одну реализацию, являющуюся фиктивной службой. Нужная реализация шлюза должна загружаться с помощью дополнительного модуля (Plugin). Сама реализация фиктивной службы должна быть достаточно простой, чтобы ускорить процесс разработки.

Множество записей (Record Set)

Представление табличных данных в оперативной памяти. Структура множества записей в точности копирует результат выполнения запроса к базе данных, однако может быть сгенерирована и использована другими частями системы. Обычно множество записей можно легко отсоединить от источника данных, что позволяет передавать множество записей по сети, не беспокоясь о наличии соединения с базой данных. Если множество записей легко поддается сериализации, оно может выступать в качестве объекта переноса данных (Data Transfer Object). Зачастую множество записей реализуют в виде единицы работы (Unit of Work), благодаря чему все изменения множества записей могут быть внесены в отсоединенном режиме и затем зафиксированы в базе данных. Источник данных может воспользоваться оптимистической автономной блокировкой (Optimistic Offline Lock), чтобы проверить параллельные транзакции на наличие конфликтов и в случае отсутствия последних записать все внесенные изменения в базу данных. Большинство реализаций множества записей используют неявный интерфейс (implicit interface), хотя он и обладает такими существенными недостатками как рассредоточение кода поиска и утрата компилятором информации о типах. Настоящая ценность множества записей раскрывается в тех средах, которые могут применять его в качестве стандартного способа манипулирования данными. При наличии подобных сред для организации логики домена следует применять модуль таблицы (Table Module).

Порождающие паттерны

  • Иногда порождающие паттерны конкурируют между собой: Есть случаи, когда либо Абстрактная Фабрика либо Прототип может использоваться с выгодой. В других случаях они дополняют друг друга: Абстрактная Фабрика может содержать множество Прототипов, из которых клонируются и возвращаются необходимые объекты, Строитель может использовать один из этих паттернов для постройки какого либо компонента. Абстрактная Фабрика, Строитель, Прототип могут использовать Синглтон в их реализации.
  • Абстрактная Фабрика часто реализуется при помощи Фабричного метода, так же это можно сделать применяя Прототип.
  • Абстрактная Фабрика может использоваться как альтернатива Фасаду для сокрытия платформенно специфичных классов.
  • Строитель фокусируется на построении комплексного объекта шаг за шагом. Абстрактная Фабрика акцентируется на семействе объектов (простых и сложных). Строитель возвращает результирующий объект на финальном шаге, в то время как Абстрактная Фабрика порождает объект сразу.
  • Строитель — для создания(порождения), Стратегия — для алгоритмов.
  • Строитель часто используют для порождения Компоновщика.
  • Фабричный метод обычно используется внутри Шаблонного метода.
  • Фабричный метод: порождение через наследование. Прототип: порождение через делегирование.
  • Часто проектировщик начинает с использования Фабричного метода(менее сложный, более настраиваемый, легко наследовать) и при усложнении проектируемой системы движется в сторону применения Абстрактной Фабрики, Прототипа или Строителя (более гибкие, более сложные).
  • Прототип не требует наследования, но нуждается в инициализации. Фабричный метод требует наследование, но не требует инициализацию.
  • Проекты, которые интенсивно используют Компоновщик и Декоратор часто могут извлечь выгоду также из Прототипа.

Фабричный метод (Factory Method)

Синонимы: Виртуальный конструктор (Virtual Constructor)
Определяет интерфейс для создания объектов, при этом выбранный класс инстанцируется подклассами, то есть оставляет подклассам решение о том, какой класс инстанцировать. Фабричный метод позволяет классу делегировать инстанцирование подклассам. Фабричные методы избавляют проектировщика встраивать в код зависящие от приложения классы.

Применимость
Используется в случае:

  • классу заранее неизвестно, объекты каких классов ему нужно создавать;
  • класс спроектирован так, чтобы объекты, которые он создает, специфицировались подклассами;
  • класс делегирует свои обязанности одному из нескольких вспомогательных подклассов, и планируется локализовать знание о том, какой класс принимает эти обязанности на себя.

Родственные паттерны
Абстрактная фабрика часто реализуется с помощью фабричных методов. Паттерн Фабричный метод часто вызывается внутри шаблонных методов.

Пример реализации
Паттерн реализуется через статический метод класса Stooge, возвращаемое знание типа Stooge. Но в отличие от обычного конструктора, возможно получить инстанс обьекта, который является наследником Stooge. Еще одно из преимуществ Фабричного метода — класс может многократно возвращать уже созданный инстанс объекта.

Абстрактная фабрика (Abstract Factory)

Синонимы: Инструментарий (Kit)
Предоставляет интерфейс для создания семейств, связанных между собой, или независимых объектов, конкретные классы которых неизвестны.

Применимость
Применять паттерн абстрактная фабрика необходимо, когда:

  • система не должна зависеть от того, как создаются, компонуются и представляются входящие в нее объекты;
  • входящие в семейство взаимосвязанные объекты должны использоваться вместе и необходимо обеспечить выполнение этого ограничения;
  • система должна конфигурироваться одним из семейств составляющих ее объектов;
  • необходимо предоставить библиотеку объектов, раскрывая только их интерфейсы, но не реализацию.

Родственные паттерны: Классы Abstract Factory часто реализуются фабричными методами (паттерн фабричный метод), но могут быть реализованы и с помощью паттерна прототип. Конкретная фабрика часто описывается паттерном одиночка.

Пример реализации
Обычно, пытаясь сохранить переносимость между несколькими платформами, требуется много предпроцессорных #ifdef. #else. #endif по всей простыне кода. Один из способов избежать этого — использовать паттерн “Абстрактная Фабрика”.

Одиночка (Singleton)

Гарантирует, что некоторый класс может иметь только один экземпляр, и предоставляет глобальную точку доступа к нему.

Применимость

  • должен быть ровно один экземпляр некоторого класса, легко доступный всем клиентам;
  • единственный экземпляр должен расширяться путем порождения подклассов, и клиентам нужно иметь возможность работать с расширенным экземпляром без модификации своего кода.

Пример реализации
Реализация не thread-safe.

Прототип (Prototype)

Описывает виды создаваемых объектов с помощью прототипа и создаёт новые объекты путём его копирования. У прототипа те же самые результаты, что у абстрактной фабрики (Abstract Factory) и строителя (Builder): он скрывает от клиента конкретные классы продуктов, уменьшая тем самым число известных клиенту имён. Кроме того все эти паттерны позволяют клиенту работать со специфичными для приложения классами без модификаций.

Применимость
Паттерн применяется, когда система не должна зависеть от того, как в ней создаются, компонуются и представляются продукты:

  • инстанцируемые классы определяются во время выполнения, например, с помощью динамической загрузки;
  • для того чтобы избежать построения иерархий классов или фабрик, параллельных иерархии классов продуктов;
  • экземпляры класса могут находиться в одном из не очень большого числа различных состояний. Может оказаться удобнее установить соответствующее число прототипов и клонировать их, а не инстанцировать каждый раз класс вручную в подходящем состоянии.

Отношения
Клиент обращается к прототипу, чтобы тот создал свою копию.

Родственные паттерны
В некоторых отношениях прототип и абстрактная фабрика являются конкурентами. Но их используют и совместно. Абстрактная фабрика может хранить набор прототипов, которые клонируются и возвращают изготовленные объекты. В тех проектах, где активно применяются паттерны компоновщик и декоратор, тоже можно извлечь пользу из прототипа.

Пример реализации

Строитель (Builder)

Отделяет конструирование сложного объекта от его представления, позволяя использовать один и тот же процесс конструирования для создания различных представлений.

Применимость

  • алгоритм создания сложного объекта не должен зависеть от того, из каких частей состоит объект и как они стыкуются между собой;
  • процесс конструирования должен обеспечивать различные представления конструируемого объекта.

Отношения

  • клиент создает объект-распорядитель Director и конфигурирует его нужным объектом-строителем Builder;
  • распорядитель уведомляет строителя о том, что нужно построить очередную часть продукта;
  • строитель обрабатывает запросы распорядителя и добавляет новые части к продукту;
  • клиент забирает продукт у строителя.

Следующая диаграмма взаимодействий иллюстрирует взаимоотношения строителя и распорядителя с клиентом: Родственные паттерны
Абстрактная фабрика похожа на Строитель в том смысле, что может конструировать сложные объекты. Основное различие между ними в том, что Строитель делает акцент на пошаговом конструировании объекта, а Абстрактная фабрика — на создании семейств объектов (простых или сложных). Строитель возвращает продукт на последнем шаге, тогда как с точки зрения абстрактной фабрики продукт возвращается немедленно. Паттерн компоновщик — это то, что часто создает Строитель.

Пример реализации
Сильная сторона Builder — это построение объекта шаг за шагом. Абстрактный класс декларирует шаги, конкретный наследник реализует эти шаги. В примере “distributed work packages” абстрагирован от платформенных особенностей.

Мастер Йода рекомендует:  Спецификация и функции DOM в PHP

Это означает, что для конкретной платформы механизм реализации файлов, очередей и путей определяется в конкретной производной класса. Объект “Reader” получает спецификацию из PersistenceAttribute для DistrWorkPackage и конфигурирует Builder , который был зарегистрирован клиентом, соответственно. После завершения клиент получает конечный результат от Builder’a.

Объектный пул (Object Pool)

Объектный пул — набор инициализированных и готовых к использованию объектов. Когда системе требуется объект, он не создается, а берется из пула. Когда объект больше не нужен, он не уничтожается, а возвращается в пул. Применяется для повышения производительности, когда создание объекта в начале работы и уничтожение его в конце приводит к большим затратам. Особенно заметно повышение производительности, когда объекты часто создаются-уничтожаются, но одновременно существует лишь небольшое их число. Рекомендации

  • Фабричный метод может использоваться для инкапсуляции логики создания объектов.
  • Объектный пул обычно делают синглтоном.

Ловушки

  • После того, как объект возвращен, он должен вернуться в состояние, пригодное для дальнейшего использования. Если объекты после возвращения в пул оказываются в неправильном или неопределенном состоянии, такая конструкция называется объектной клоакой (англ. object cesspool).
  • Повторное использование объектов также может привести к утечке информации. Если в объекте есть секретные данные (например, номер кредитной карты), после освобождения объекта эту информацию надо затереть.

Пример реализации

Структурные паттерны

  • Adapter makes things work after they’re designed; Bridge makes them work before they are.
  • Назначение моста — чтобы абстракция и реализация могли изменяться независимо. Предназначение адаптера — чтобы несвязанные классы могли работать вместе.
  • Адаптер обеспечивает различные интерфейсы к объекту, заместитель обеспечивает одинаковый интерфейс, декоратор расширяет интерфейс.
  • Адаптер изменяет интерфейс объекта, декоратор — расширяет. Поэтому он более прозрачный для клиента. Как следствие, декоратор поддерживает рекурсивную композицию, что невозможно с “чистым” адаптером.
  • Composite can be traversed with Iterator. Visitor can apply an operation over a Composite. Composite could use Chain of responsibility to let components access global properties through their parent. It could also use Decorator to override these properties on parts of the composition. It could use Observer to tie one object structure to another and State to let a component change its behavior as its state changes.
  • Composite can let you compose a Mediator out of smaller pieces through recursive composition.
  • Декоратор позволяет изменить внешний “облик”(интерфейсы) объекта. Стратегия позволяет изменить внутреннее устройство(реализацию) объекта.
  • Декоратор предназначен для добавления обязанностей объекту без его наследования. Фокус внимания компоновщика сосредоточен на представлении. Эти намерения различны, но являются взаимодополняющими. Следовательно, компоновщик и декоратор часто используются вместе.
  • Декоратор и Заместитель имеют разные цели, но похожие структуры. Both describe how to provide a level of indirection to another object, and the implementations keep a reference to the object to which they forward requests.
  • Facade defines a new interface, whereas Adapter reuses an old interface. Remember that Adapter makes two existing interfaces work together as opposed to defining an entirely new one.
  • Фасад зачастую синглтон, потому что только один обьект фасада нужен.
  • Mediator is similar to Facade in that it abstracts functionality of existing classes. Mediator abstracts/centralizes arbitrary communication between colleague objects, it routinely “adds value”, and it is known/referenced by the colleague objects. In contrast, Facade defines a simpler interface to a subsystem, it doesn’t add new functionality, and it is not known by the subsystem classes.
  • Whereas Flyweight shows how to make lots of little objects, Facade shows how to make a single object represent an entire subsystem.
  • Flyweight is often combined with Composite to implement shared leaf nodes.
  • Приспособленец explains when and how State objects can be shared.

Адаптер (Adapter)

Синонимы: Обертка (Wrapper).
Преобразует интерфейс класса в некоторый другой интерфейс, ожидаемый клиентами. Обеспечивает совместную работу классов, которая была бы невозможна без данного паттерна из-за несовместимости интерфейсов. Применимость

  • есть существующий класс, но его интерфейс не соответствует потребностям;
  • необходимо создать повторно используемый класс, который должен взаимодействовать с заранее неизвестными или не связанными с ним классами, имеющими несовместимые интерфейсы;
  • (только для адаптера объектов!) нужно использовать несколько существующих подклассов, но непрактично адаптировать их интерфейсы путем порождения новых подклассов от каждого. В этом случае адаптер объектов может приспосабливать интерфейс их общего родительского класса.

Отношения
Клиенты вызывают операции экземпляра адаптера Adapter. В свою очередь адаптер вызывает операции адаптируемого объекта или класса Adaptee, который и выполняет запрос.

Родственные паттерны
Структура паттерна Мост аналогична структуре адаптера, но у моста иное назначение. Он отделяет интерфейс от реализации, чтобы то и другое можно было изменять независимо. Адаптер же призван изменить интерфейс существующего объекта. Паттерн декоратор расширяет функциональность объекта, изменяя его интерфейс. Таким образом, декоратор более прозрачен для приложения, чем адаптер. Как следствие, декоратор поддерживает рекурсивную композицию, что для «чистых» адаптеров невозможно. Заместитель определяет представителя или суррогат другого объекта, но не изменяет его интерфейс.

Пример реализации
Реализация внешнего полиморфизма для трех несовместимых классов при помощи адаптера.

Более классический пример:
Интерфейс LegacyRectangle не совместимый с системой, в которой его хотят использовать. При помощи абстрактного класса специфицируется желаемый интерфейс. Класс-адаптер публично наследует абстрактный класс с желаемым интерфейсом и приватно LegacyRectangle . В своей реализации класс-адаптер “мапит” вызовы нового интерфейса к “старым”, уже реализованым интерфейсам LegacyRectangle .

Декоратор (Decorator)

Также может иметься в виду обертка (Wrapper). Динамически возлагает на объект новые функции. Декораторы применяются для расширения имеющейся функциональности и являются гибкой альтернативой порождению подклассов. Применимость

  • для динамического, прозрачного для клиентов добавления обязанностей объектам;
  • для реализации обязанностей, которые могут быть сняты с объекта;
  • когда расширение путем порождения подклассов по каким-то причинам неудобно или невозможно. Иногда приходится реализовывать много независимых расширений, так что порождение подклассов для поддержки всех возможных комбинаций приведет к комбинаторному росту их числа. В других случаях определение класса может быть скрыто или почему-либо еще недоступно, так что породить от него подкласс нельзя.

Отношения
Декоратор переадресует запросы объекту. Может выполнять и дополнительные операции до и после переадресации.

Родственные паттерны
Адаптер: если декоратор изменяет только обязанности объекта, но не его интерфейс, то адаптер придает объекту совершенно новый интерфейс. Компоновщик: декоратор можно считать вырожденным случаем составного объекта, у которого есть только один компонент. Однако декоратор добавляет новые обязанности, агрегирование объектов не является его целью. Стратегия: декоратор позволяет изменить внешний облик объекта, стратегия — его внутреннее содержание. Это два взаимодополняющих способа изменения объекта.

Пример реализации

Заместитель (Proxy)

Синонимы: суррогат (Surrogate)
Подменяет другой объект для контроля доступа к нему, то есть является суррогатом другого объекта. Заместитель применим во всех случаях, когда возникает необходимость сослаться на объект более изощренно, чем это возможно, если использовать простой указатель. С помощью этого паттерна при доступе к объекту вводится дополнительный уровень косвенности. Применимость
Паттерн заместитель применим во всех случаях, когда возникает необходимость сослаться на объект более изощренно, чем это возможно, если использовать простой указатель. Вот несколько типичных ситуаций, где заместитель оказывается полезным:

  • удаленный заместитель предоставляет локального представителя вместо объекта, находящегося в другом адресном пространстве;
  • виртуальный заместитель создает «тяжелые» объекты по требованию;
  • защищающий заместитель контролирует доступ к исходному объекту. Такие заместители полезны, когда для разных объектов определены различные права доступа;
  • “умная” ссылка — это замена обычного указателя. Она позволяет выполнить дополнительные действия при доступе к объекту. К типичным применениям такой ссылки можно отнести:
    • подсчет числа ссылок на реальный объект, с тем чтобы занимаемую им память можно было освободить автоматически, когда не останется ни одной ссылки (такие ссылки называют еще «умными» указателями);
    • загрузку объекта в память при первом обращении к нему;
    • проверку и установку блокировки на реальный объект при обращении к нему, чтобы никакой другой объект не смог в это время изменить его.

Отношения
Proxy при необходимости переадресует запросы объекту RealSubject. Детали зависят от вида заместителя.

Родственные паттерны
Паттерн адаптер предоставляет другой интерфейс к адаптируемому объекту. Напротив, заместитель в точности повторяет интерфейс своего субъекта. Однако, если заместитель используется для ограничения доступа, он может отказаться выполнять операцию, которую субъект выполнил бы, поэтому на самом деле интерфейс заместителя может быть и подмножеством интерфейса субъекта. Несколько замечаний относительно декоратора. Хотя его реализация и похожа на реализацию заместителя, но назначение совершенно иное. Декоратор добавляет объекту новые обязанности, а заместитель контролирует доступ к объекту. Степень схожести реализации заместителей и декораторов может быть различной. Защищающий заместитель мог бы быть реализован в точности как декоратор. С другой стороны, удаленный заместитель не содержит прямых ссылок на реальный субъект, а лишь косвенную ссылку, что-то вроде «идентификатор хоста и локальный адрес на этом хосте».

Пример реализации
“->” и “.” операторы дают разный результат.

Компоновщик (Composite)

Группирует объекты в древовидные структуры для представления иерархии типа “часть-целое”. Позволяет клиентам работать с единичными объектами так же, как с группами объектов. Применимость

  • нужно представить иерархию объектов вида часть-целое;
  • необходимо, чтобы клиенты единообразно трактовали составные и индивидуальные объекты.

Отношения
Клиенты используют интерфейс класса Component для взаимодействия с объектами в составной структуре. Если получателем запроса является листовый объект Leaf, то он и обрабатывает запрос. Когда же получателем является составной объект Composite, то обычно он перенаправляет запрос своим потомкам, возможно, выполняя некоторые дополнительные операции до или после перенаправления.

Родственные паттерны
Отношение компонент-родитель используется в паттерне цепочка обязанностей. Паттерн декоратор часто применяется совместно с компоновщиком. Когда декораторы и компоновщики используются вместе, у них обычно бывает общий родительский класс. Поэтому декораторам придется поддержать интерфейс компонентов такими операциями, как Add, Remove и GetChild. Паттерн приспособленец позволяет разделять компоненты, но ссылаться на своих родителей они уже не могут. Итератор можно использовать для обхода составных объектов. Посетитель локализует операции и поведение, которые в противном случае пришлось бы распределять между классами Composite и Leaf.

Пример реализации

Мост (Bridge)

Синонимы: Описатель Тело (Handle Body)
Отделяет абстракцию от реализации, благодаря чему появляется возможность независимо изменять то и другое. Применимость

  • необходимо избежать постоянной привязки абстракции к реализации. Так, например, бывает, когда реализацию необходимо выбирать во время выполнения программы;
  • и абстракции, и реализации должны расширяться новыми подклассами. В таком случае паттерн мост позволяет комбинировать разные абстракции и реализации и изменять их независимо;
  • изменения в реализации абстракции не должны сказываться на клиентах, то есть клиентский код не должен перекомпилироваться;

Отношения
Объект Abstraction перенаправляет своему объекту Implementor запросы клиента.

Пример реализации

Приспособленец (Flyweight)

Использует разделение для эффективной поддержки большого числа мелких объектов. При использовании приспособленцев не исключены затраты на передачу, поиск или вычисление внутреннего состояния, особенно если раньше оно хранилось как внутреннее. Однако такие расходы с лихвой компенсируются экономией памяти за счет разделения объектов-приспособленцев. Применимость
Эффективность паттерна приспособленец во многом зависит от того, как и где он используется. Применяйть этот паттерн целесообразно, когда выполнены все ниже перечисленные условия:

  • в приложении используется большое число объектов;
  • из-за этого накладные расходы на хранение высоки;
  • большую часть состояния объектов можно вынести вовне;
  • многие группы объектов можно заменить относительно небольшим количеством разделяемых объектов, поскольку внешнее состояние вынесено;
  • приложение не зависит от идентичности объекта. Поскольку объекты-приспособленцы могут разделяться, то проверка на идентичность возвратит “истину” для концептуально различных объектов.

Отношения

  • состояние, необходимое приспособленцу для нормальной работы, можно охарактеризовать как внутреннее или внешнее. Первое хранится в самом объекте ConcreteFlyweight. Внешнее состояние хранится или вычисляется клиентами. Клиент передает его приспособленцу при вызове операций;
  • клиенты не должны создавать экземпляры класса ConcreteFlyweight напрямую, а могут получать их только от объекта FlyweightFactory. Это позволит гарантировать корректное разделение.

Родственные паттерны
Паттерн приспособленец часто используется в сочетании с компоновщиком для реализации иерархической структуры в виде ациклического направленного графа с разделяемыми листовыми вершинами. Часто наилучшим способом реализации объектов состояния и стратегии является паттерн приспособленец.

Пример реализации

Фасад (Facade)

Предоставляет унифицированный интерфейс к множеству интерфейсов в некоторой подсистеме. Определяет интерфейс более высокого уровня, облегчающий работу с подсистемой. Клиенты общаются с подсистемой, посылая запросы фасаду. Он переадресует их подходящим объектам внутри подсистемы. Хотя основную работу выполняют именно объекты подсистемы, фасаду, возможно, придется преобразовать свой интерфейс в интерфейсы подсистемы. Клиенты, пользующиеся фасадом, не имеют прямого доступа к объектам подсистемы. Применимость

  • необходимо предоставить простой интерфейс к сложной подсистеме. Часто подсистемы усложняются по мере развития. Применение большинства паттернов приводит к появлению меньших классов, но в большем количестве. Такую подсистему проще повторно использовать и настраивать под конкретные нужды, но вместе с тем применять подсистему без настройки становится труднее. Фасад предлагает некоторый вид системы по умолчанию, устраивающий большинство клиентов. И лишь те объекты, которым нужны более широкие возможности настройки, могут обратиться напрямую к тому, что находится за фасадом;
  • между клиентами и классами реализации абстракции существует много зависимостей. Фасад позволит отделить подсистему как от клиентов, так и от других подсистем, что, в свою очередь, способствует повышению степени независимости и переносимости;

Отношения
Клиенты общаются с подсистемой, посылая запросы фасаду. Он переадресует их подходящим объектам внутри подсистемы. Хотя основную работу выполняют именно объекты подсистемы, фасаду, возможно, придется преобразовать свой интерфейс в интерфейсы подсистемы. Клиенты, пользующиеся фасадом, не имеют прямого доступа к объектам подсистемы.

Родственные паттерны
Паттерн абстрактная фабрика допустимо использовать вместе с фасадом, чтобы предоставить интерфейс для создания объектов подсистем способом, не зависимым от этих подсистем. Абстрактная фабрика может выступать и как альтернатива фасаду, чтобы скрыть платформенно-зависимые классы. Паттерн посредник аналогичен фасаду в том смысле, что абстрагирует функциональность существующих классов. Однако назначение посредника — абстрагировать произвольное взаимодействие между «сотрудничающими» объектами. Часто он централизует функциональность, не присущую ни одному из них. Коллеги посредника обмениваются информацией именно с ним, а не напрямую между собой. Напротив, фасад просто абстрагирует интерфейс объектов подсистемы, чтобы ими было проще пользоваться. Он не определяет новой функциональности, и классам подсистемы ничего неизвестно о его существовании. Обычно требуется только один фасад. Поэтому объекты фасадов часто бывают одиночками.

Пример реализации

Паттерны поведения

Интерпретатор (Interpreter)

Для заданного языка определяет представление его грамматики, а также интерпретатор предложений языка, использующий это представление. Пример реализации
Uses a class hierarchy to represent the grammar given below. When a roman numeral is provided, the class hierarchy validates and interprets the string. RNInterpreter “has” 4 sub-interpreters. Each sub-interpreter receives the “context” (remaining unparsed string and cumulative parsed value) and contributes its share to the processing. Sub-interpreters simply define the Template Methods declared in the base class RNInterpreter.

romanNumeral ::= thousands, hundreds, tens, ones ::= nine | four | nine ::= «CM» | «XC» | «IX» four ::= «CD» | «XL» | «IV» five ::= ‘D’ | ‘L’ | ‘V’ one ::= ‘M’ | ‘C’ | ‘X’ | ‘I’

Шаблонный метод (Template Method)

Определяет скелет алгоритма, перекладывая ответственность за некоторые его шаги на подклассы. Позволяет подклассам переопределять шаги алгоритма, не меняя его общей структуры. Шаблонные методы — один из фундаментальных приемов повторного использования кода. Они особенно важны в библиотеках классов, поскольку предоставляют возможность вынести общее поведение в библиотечные классы. Шаблонные методы приводят к инвертированной структуре кода, которую иногда называют принципом Голливуда, подразумевая часто употребляемую в этой кино-империи фразу “Не звоните нам, мы сами позвоним”. В данном случае это означает, что родительский класс вызывает операции подкласса, а не наоборот. Пример реализации

Итератор (Iterator)

Синонимы: Курсор (Cursor)
Дает возможность последовательно обойти все элементы составного объекта, не раскрывая его внутреннего представления. Пример реализации

Команда (Command)

Синонимы: Действие (Action), Сценарий транзакции (Transaction Script)
Инкапсулирует запрос в виде объекта, позволяя тем самым параметризовывать клиентов типом запроса, устанавливать очередность запросов, протоколировать их и поддерживать отмену выполнения операций.

Наблюдатель (Observer)

Синонимы: Подчиненные (Dependents), Издатель Подписчик (Publish Subscribe)
Определяет между объектами зависимость типа один-ко-многим, так что при изменении состояния одного объекта все зависящие от него получают извещение и автоматически обновляются. Шаблон позволяет изменять субъекты и наблюдатели независимо друг от друга. Субъекты разрешается повторно использовать без участия наблюдателей и наоборот. Это дает возможность добавлять новых наблюдателей без модификации субъекта или других наблюдателей.

Посетитель (Visitor)

Представляет операцию, которую надо выполнить над элементами объекта. Позволяет определить новую операцию, не меняя классы элементов, к которым он применяется.

Посредник (Mediator)

Определяет объект, в котором инкапсулировано знание о том, как взаимодействуют объекты из некоторого множества. Способствует уменьшению числа связей между объектами, позволяя им работать без явных ссылок друг на друга. Это, в свою очередь, дает возможность независимо изменять схему взаимодействия. Коллеги посылают запросы посреднику и получают запросы от него. Посредник реализует кооперативное поведение путем переадресации каждого запроса подходящему коллеге (или нескольким коллегам).

Состояние (State)

Позволяет объекту варьировать свое поведение при изменении внутреннего состояния. При этом создается впечатление, что поменялся класс объекта.

Стратегия (Strategy)

Синонимы: Политика (Policy)
Определяет семейство алгоритмов, инкапсулируя их все и позволяя подставлять один вместо другого. Можно менять алгоритм независимо от клиента, который им пользуется.

Хранитель (Memento)

Синонимы: Лексема (Token)
Позволяет, не нарушая инкапсуляции, получить и сохранить во внешней памяти внутреннее состояние объекта, чтобы позже объект можно было восстановить точно в таком же состоянии.

Цепочка обязанностей (Chain of Responsibility)

Можно избежать жесткой зависимости отправителя запроса от его получателя, при этом запросом начинает обрабатываться один из нескольких объектов. Объекты-получатели связываются в цепочку, и запрос передается по цепочке, пока кокой-то объекта его не обработает.

Представление бизнес-логики

Сценарий транзакции (Transaction Script)

Способ организации бизнес-логики по процедурам, каждая из которых обслуживает один запрос, инициализируемый слоем представления. Главным достоинством сценария транзакции является простота решения. Вам не приходится беспокоиться о наличии и вариантов функционирования других параллельных транзакций. Обычно сценарий транзакции размещается в классах, отличных от тех, которые относятся к слоям представления и источника данных. Может использоваться один класс для реализации нескольких сценариев транзакции или вариант, следующий схеме типового решения команда (Command) — собственный класс для каждого сценария транзакции. В последнем возможность манипулировать экземплярами сценариев как объектами в период выполнения помогает преодолевать проблемы потоков вычислений и облегчает изоляцию данных.

Модель предметной области (Domain Model)

Это объектная модель домена, охватывающая поведение (функции) и свойства (данные). Предусматривает создание сети взаимосвязанных объектов, каждый из которых представляет некую осмысленную сущность. Реализация модели предметной области означает пополнение приложения целым слоем объектов, описывающих различные стороны определенной области бизнеса. С моделью предметной области связано большое количество различных контекстов. Модели предметной области особенно хороши, когда существует множество схожих условий протекания процесса, которые могут быть отображены в структуре объектов как таковых. В этом случае сложность алгоритмов вычислений перемещается на уровень связей между объектами. Чем более близка логика, тем с большей вероятностью различные части кода системы должны пользоваться одними и теми же связями. Любому алгоритму вычислений соответствует определенная сеть объектов. Также назначение модели предметной области во многом состоит в сокрытии базы данных от верхних слоев системы.

Модуль таблицы (Table Module)

Объект, охватывающий логику обработки всех записей хранимой или виртуальной таблицы базы данных. Предусматривает создание по одному классу на каждую таблицу базы данных, и единственный экземпляр класса содержит всю логику обработки данных таблицы. Основное отличие модуля таблицы от модели предметной области (Domain Model) состоит в том, что если, например, приложение обслуживает множество заказов, в соответствии с моделью предметной области придется сконструировать по одному объекту на каждый заказ, а при использовании модуля таблицы понадобится всего один объект, представляющий одновременно все заказы. Сильная сторона решения модуль таблицы заключается в том, что оно позволяет сочетать данные и функции для их обработки и в то же время эффективно использовать ресурсы реляционной базы данных. На первый взгляд модуль таблицы во многом напоминает обычный объект, но отличается тем, что не содержит какого бы то ни было упоминания об идентификационном признаке объекта. Типовое решение модуль таблицы во многом основывается на табличной структуре данных и потому допускает очевидное применение в ситуациях, где доступ к информации обеспечивается при посредничестве множеств записей (Record Set). Структуре данных отводится центральная роль, так что методы обращения к данным в структуре должны быть прямолинейными и эффективными.

Слой служб (Service Layer)

Устанавливает множество доступных действий и координирует отклик приложения на каждое действие. Слой служб определяет границы приложения и множество операций, предоставляемых им для интерфейсных клиентских слоев кода. Он инкапсулирует бизнес-логику приложения, управляет транзакциями и координирует реакции на действия. Подобно сценарию транзакции (Transaction Script) и модели предметной области (Domain Model), слой служб представляет собой типовое решение по организации бизнес-логики. Слой служб предусматривает распределение “разной” логики по отдельным слоям, что обеспечивает традиционные преимущества расслоения, а также большую степень свободы применения классов домена в разных приложениях. Двумя базовыми вариантами реализации слоя служб являются создание интерфейса доступа к домену (Domain Facade) и конструирование сценария операции (Operation Script). Преимуществом использования слоя служб является возможность определения набора общих операций, доступных для применения многими категориями клиентов, и координация откликов приложения на выполнение каждой операции.

Архитектурные типовые решения источника данных

Шлюз таблицы данных (Table Data Gateway)

Объект, выполняющий роль шлюза (Gateway) к базе данных. Он содержит в себе все команды SQL, необходимые для извлечения, вставки, обновления и удаления данных из таблицы или представления. Методы шлюза таблицы данных используются другими объектами для взаимодействия с базой данных. Как правило, для каждой таблицы базы данных создается собственный шлюз таблицы данных. Это наиболее простое типовое решение интерфейса базы данных, поскольку оно замечательно отображает таблицы или записи баз данных на объекты. Одно из преимуществ использования шлюза таблицы данных для инкапсуляции доступа к базе данных состоит в том, что этот интерфейс может применяться и для обращения к базе данных с помощью средств языка SQL, и для работы с хранимыми процедурами. Данное решение подходит практически для любой платформы, так как представляет собой не более чем оболочку для операторов SQL.

Шлюз записи данных (Row Data Gateway)

Объект, выполняющий роль шлюза (Gateway) к отдельной записи источника данных. Каждой строке таблицы базы данных соответствует свой экземпляр шлюза записи данных. Шлюз выступает в роли интерфейса к строке данных и прекрасно подходит для применения в сценариях транзакции (Transaction Script). Реализация шлюза записи данных включает в себя только логику доступа к базе данных и никакой логики домена. Добавление логики домена в шлюз записи данных превращает его в активную запись (Active Record).

Активная запись (Active Record)

Объект, выполняющий роль оболочки для строки таблицы или представления базы данных. Он инкапсулирует доступ к базе данных и добавляет к данным логику домена. В основе типового решения активная запись лежит модель предметной области (Domain Model). Каждая активная запись отвечает за сохранение и загрузку информации в базу данных, а также за логику домена, применяемую к данным. Это может быть вся бизнес-логика приложения. Впрочем, иногда некоторые фрагменты логики домена содержатся в сценариях транзакции (Transaction Script), а общие элементы кода, ориентированные на работу с данными, — в активной записи. Активная запись очень похожа на шлюз записи данных (Row Data Gateway). Принципиальное отличие между ними в том, что шлюз записи данных содержит только логику доступа к базе данных, в то время как активная запись содержит и логику доступа к данным, и логику домена. Активная запись хорошо подходит для реализации не слишком сложной логики домена, в частности операций создания, считывания, обновления и удаления. Кроме того, она прекрасно справляется с извлечением и проверкой на правильность отдельной записи.

Преобразователь данных (Data Mapper)

Это слой преобразователей (Mapper), который осуществляет передачу данных между объектами и базой данных, сохраняя последние независимыми друг от друга и от самого преобразователя. То есть это слой программного обеспечения, которое отделяет объекты, расположенные в оперативной памяти, от базы данных. В функции преобразователя данных входит передача данных между объектами и базой данных и изоляция их друг от друга. В результате этого объекты, расположенные в оперативной памяти, могут даже не “подозревать” о самом факте присутствия базы данных. Им не нужен SQL-интерфейс и тем более схема базы данных. (В свою очередь, схема базы данных никогда не “знает” об объектах, которые её используют.) Поскольку преобразователь данных является разновидностью преобразователя (Mapper), он полностью скрыт от уровня домена. В большинстве случаев преобразователь данных применяется для того, чтобы схема базы данных и объектная модель могли изменяться независимо друг от друга. Как правило, подобная необходимость возникает при использовании модели предметной области (Domain Model). Основным преимуществом преобразователя данных является возможность работы с моделью предметной области без учета структуры базы данных как в процессе проектирования, так и во время сборки и тестирования проекта. В этом случае объектам домена ничего не известно о структуре базы данных, поскольку все отображения выполняются преобразователями.

Объектно-реляционные типовые решения, предназначенные для моделирования поведения

Единица работы (Unit of Work)

Содержит список объектов, охватываемых бизнес-транзакцией, координирует запись изменений в базу данных и разрешает проблемы параллелизма. Типовое решение единица работы позволяет контролировать все действия, выполняемые в рамках бизнес-транзакции, которые так или иначе связаны с базой данных. По завершении всех действий единица работы определяет окончательные результаты работы, которые и будут внесены в базу данных. Таким образом не приходится отслеживать, что было изменено, или беспокоиться о том, в каком порядке необходимо выполнить нужные действия, чтобы не нарушить целостность на уровне ссылок — это все сделает единица работы. Основным назначением единицы работы является отслеживание действий, выполняемых над объектами домена, для дальнейшей синхронизации данных, хранящихся в оперативной памяти, с содержимым базы данных. Эта синхронизация выполняется единицей работы в конце бизнес-транзакции, для избежания большого количества мелких обращений к базе данных.

Коллекция объектов (Identity Map)

Гарантирует, что каждый объект будет загружен из базы данных только один раз, сохраняя загруженный объект в специальной коллекции. При получении запроса просматривает коллекцию в поисках нужного объекта. Коллекция объектов может быть явной (explicit), кода доступ осуществляется посредством специализированных методов, соответствующих конкретному типу искомого объекта, или универсальной (generic), когда для доступа ко всем типам объектов используется общий метод. Как правило, коллекция объектов применяется для управления любыми объектами, которые были загружены из базы данных и затем подверглись изменениям. Основное назначение коллекции объектов — не допустить возникновения ситуации, когда два разных объекта приложения будут соответствовать одной и той же записи базы данных, поскольку изменение этих объектов может происходить несогласованно и, следовательно, вызывать трудности с отображением на базу данных. Еще одним преимуществом коллекции объектов является возможность использования ее в качестве кэша записей, считываемых из базы данных. Это избавляет от необходимости повторного обращения к базе данных, если снова понадобиться какой-нибудь объект.

Загрузка по требованию (Lazy Load)

Объект, который не содержит все требующиеся данные, однако может загрузить их в случае необходимости. Существует четыре основных способа реализации загрузки по требованию. Самый простой — инициализация по требованию (Lazy Initialization). Основная идея данного подхода заключается в том, что при каждой попытке доступа к полю выполняется проверка, не содержит ли оно значение NULL. Если поле содержит NULL, метод доступа загружает значение поля и лишь затем его возвращает. Если используется преобразователь данных (Data Mapper), то может понадобиться реализовать виртуальный прокси-объект (Virtual Proxy). Виртуальный прокси-объект имитирует объект, являющийся значением поля, однако в действительности ничего в себе не содержит. В этом случае загрузка реального объекта будет выполнена только тогда, когда будет вызван один из методов виртуального прокси-объекта. Диспетчер значений (Value Holder) — еще один способ реализации — это объект, который выполняет роль оболочки для какого-нибудь другого объекта. Чтобы добраться к значению базового объекта, необходимо обратиться за ним к диспетчеру значения. При первом обращении диспетчер значения извлекает необходимую информацию из базы данных. И наконец, фиктивный объект (Ghost) — это реальный объект с неполным состоянием. Когда подобный объект загружается из базы, он содержит только свой идентификатор. При первой же попытке доступа к одному из его полей объект загружает значения всех остальных полей. Помимо всего прочего, использование загрузки по требованию может повлечь за собой чрезмерное количество обращений к базе данных. Бессмысленно использовать загрузку по требованию, чтобы извлечь значения поля, хранящегося в той же строке, что и остальное содержимое объекта, даже если речь идет о полях большого размера, таких как крупный сериализованный объект (Serialized LOB) (тут я не совсем согласен с автором). Применение загрузки по требованию существенно усложняет приложение, поэтому прибегать к ней нужно только тогда, когда без нее действительно не обойтись.

Объектно-реляционные типовые решения, предназначенные для моделирования структуры

Поле идентификации (Identity Field)

Сохраняет идентификатор записи базы данных для поддержки соответствия между объектом приложения и строкой базы данных. Суть поля идентификации до смешного проста: требуется лишь сохранить первичный ключ таблицы реляционной базы данных в полях объекта, однако в реализации этого шаблона существует множество спорных моментов. Поле идентификации используется тогда, когда необходимо построить отображение между объектами, расположенными в оперативной памяти, и строками таблицы базы данных. Как правило, такая необходимость возникает при использовании модели предметной области (Domain Model) или шлюза записи данных (Row Data Gateway). Подобное отображение не нужно, если вы используете сценарий транзакции (Transaction Script), модуль таблицы (Table Module) или шлюз таблицы данных (Table Data Gateway).

Отображение внешних ключей (Foreign Key Mapping)

Отображает ассоциации между объектами на ссылки внешнего ключа между таблицами базы данных. Обычно реализуется посредством добавления обратного указателя на “объект-хозяин”, что приводит к появлению ссылки, аналогичной создаваемой внешним ключом. Это изменяет объектную модель, однако позволяет значительно упростить обновление данных путем простого обновления однозначных полей “с другой стороны” ссылки. Отображение внешних ключей может применяться для моделирования практически всех связей между классами. Наиболее распространенный случай, когда отображение внешних ключей применить нельзя, — это связи “многие ко многим”. Внешние ключи являются одномерными значениями, а из определения первой нормальной формы следует, что в одном поле нельзя хранить множественные значения внешних ключей. В этом случае вместо отображения внешних ключей необходимо воспользоваться отображением с помощью таблицы ассоциаций (Association Table Mapping).

Отображение с помощью таблицы ассоциаций (Association Table Mapping)

Сохраняет множество ассоциаций в виде таблицы, содержащей внешние ключи таблицы, связанных ассоциациями. В основе отображения с помощью таблицы ассоциаций лежит хранение ассоциаций в дополнительной таблицы отношений. Последняя содержит только значения внешних ключей двух таблиц, связанных отношением. Таким образом, каждой паре взаимосвязанных объектов соответствует одна строчка таблицы отношений.

Отображение зависимых объектов (Dependent Mapping)

Передает некоторому классу полномочия по выполнению отображения для дочернего класса. Один класс (зависимый объект) передает другому классу (владельцу) все свои полномочия по взаимодействию с базой данных. При этом у каждого зависимого объекта должен быть один и только один владелец. Данный принцип проявляет себя в терминах классов, выполняющих отображение. В случае с активной записью (Active Record) и шлюзом записи данных (Row Data Gateway) зависимый класс не будет содержать никакого кода, касающегося выполнения отображения на базу данных; этот код будет реализован в классе владельце. В случае с преобразователем данных (Data Mapper) у зависимого класса не будет своего преобразователя; всё необходимое отображение будет выполняться преобразователем класса-владельца. И наконец, в случае шлюза таблицы данных (Table Data Gateway) зависимого класса не будет вообще; всю обработку зависимых данных будет осуществлять класс-владелец. Зависимый объект не имеет поля идентификации (Identity Field) и, следовательно, не заноситься в коллекцию объектов (Identity Map). Для зависимого объекта вообще не предусмотрено отдельных методов поиска, так как весь поиск выполняется объектом-владельцем. Отображение зависимых объектов может применяться только при соблюдении следующих условий: у каждого зависимого объекта должен быть строго один владелец; на зависимый объект может ссылаться только его владелец.

Внедренное значение (Embedded Value)

Отображает объект на несколько полей таблицы, соответствующей другому объекту. Обычно происходит отображение значения полей объекта на поля записи его владельца. Или другими словами, поля таблицы некоего объекта, как бы группируются в одном поле этого объекта, представляя собой подчиненный объект, содержащий значения полей объекта-владельца. Он может представлять собой, например, объект-значение (Value Object). Когда-объект владелец загружается из базы данных или сохраняется в ней, вместе с ним загружаются или сохраняются и зависимые объекты. Зависимые классы не имею собственных методов загрузки и сохранения, поскольку все эти операции выполняются их владельцем. Для большей наглядности внедренное значение можно рассматривать как частный случай отображения зависимых объектов (Dependent Mapping), где значения поля таблицы является отдельным зависимым объектом. Огромным преимуществом внедренного значения является возможность постановки SQL-запросов к полям зависимого объекта.

Сериализованный крупный объект (Serialized LOB)

Сохраняет граф объектов путем их сериализации в единый крупный объект и помещает его в поле базы данных. Это разновидность типового решения хранитель (Memento). Может представлять собой как крупный двоичный объект (BLOB), так и крупный символьный объект (CLOB). Первый сохранятся в виде двоичного формата данных, а второй представляет собой текстовую строку, например, в виде XML.

Наследование с одной таблицей (Single Table Inharitence)

Представляет иерархию наследования классов в виде одной таблицы, столбцы которой соответствуют всем полям классов, входящих в иерархию. Наследование с одной таблицей отображает все поля всех классов структуры на столбцы одной и той же таблицы. То есть структура наследования отображается на одну таблицу, которая содержит в себе все данные всех классов, входящих в иерархию наследования. Каждому классу (а точнее, его экземпляру) соответствует одна строка таблицы; при этом поля таблицы, которых нет в данном классе, остаются пустыми. Основное представление объектов, выполняющих отображение, соответствует общей схеме преобразователей наследования (Inheritance Mappers).

Наследование с таблицами для каждого класса (Class Table Inheritance)

Синонимы: отображение “корень-лист” (Root-Leaf Mapping)

Представляет иерархию наследования классов, используя по одной таблице для каждого класса. Идея наследование с таблицами для каждого класса проста и понятна: каждому классу модели предметной области соответствует своя таблица базы данных. Поля класса домена отображаются непосредственно на столбцы соответствующей таблицы. Как и в других схемах отображения иерархии наследования, в данном типовом решении применяется фундаментальный принцип преобразователей наследования (Inheritance Mappers).

Наследование с таблицами для каждого конкретного класса (Concrete Table Inheritance)

Представляет иерархию наследования классов, используя по одной таблице для каждого конкретного класса. При этом каждая таблица содержит столбцы, соответствующие полям конкретного класса и всех его “предков”, а потому поля суперкласса дублируются во всех таблицах его производных классов. Как и остальные схемы отображения иерархии наследования, данное типовое решение основано на фундаментальном принципе преобразователей наследования (Inheritance Mappers). Наследование с таблицами для каждого конкретного класса часто рассматривают как разновидность наследования с таблицами для каждого листа (Leaf Table Inheritance), когда создается по одной таблице для каждого листа иерархии наследования, а не для каждого конкретного класса.

Преобразователи наследования (Inheritance Mappers)

Структура, предназначенная для организации преобразователей, которые работают с иерархиями наследования. Минимизирует количество кода, необходимого для загрузки и сохранения содержимого базы данных, при отображении объектно-ориентированной иерархии наследования, благодаря точному распределению обязанностей по структуре преобразователей, реализующих как абстрактное так и конкретное поведение. Хотя детали поведения могут различаться в зависимости от выбранной схемы отображения (наследование с одной таблицей (Single Table Inheritence), наследование с таблицами для каждого класса (Class Table Inheritence), наследование с таблицами для каждого конкретного класса (Concrete Table Inheritence)), общая структура остается одной и той же.

Шаблоны, предназначенные для представления данных в Web

Модель-представление-контроллер (Model View Controller)

Распределяет обработку взаимодействия с пользовательским интерфейсом между тремя участниками. Модель — это объект, предоставляющий некоторую информацию о домене. Содержит в себе все данные и поведение и не связана с пользовательским интерфейсом. В наиболее “чистой” форме представляет собой объект модели предметной области (Domain Model). Представление отображает содержимое модели средствами графического интерфейса. Все изменения информации обрабатываются контроллером. Получая входные данные от пользователя, он выполняет операции над моделью и указывает представлению на необходимость соответствующего обновления. Данное типовое решение реализует два принципиальных типа разделения: отделение представления от модели, являющееся одним из фундаментальных принципов проектирования программного обеспечения, и отделение контроллера от представления. Последний тип разделения практически не играет такой важной роли в системах с толстым клиентом, однако в Web-интерфейсах отделение весьма полезно.

Контроллер страниц (Page Controller)

Объект, который обрабатывает запрос к Web-странице или выполнение конкретного действия на Web-сайте. Предполагает наличие отдельного контроллера для каждой логической страницы Web-сайта. Этим контроллером может быть сама страница или отдельный объект, соответствующий данной странице. То есть контроллер страниц может быть реализован в виде сценария (сценария CGI, сервлета и т.п.) или страницы сервера (ASP, PHP, JSP и т.п.). Контроллер страниц не обязательно должен представлять собой единственный класс, зато все классы контроллеров могут использовать одни и те же вспомогательные объекты. Контроллер страниц более прост в работе чем контроллер запросов (Front Controller) и представляет собой естественный механизм структуризации, при котором конкретные действия обрабатываются соответствующими страницами сервера или классами сценариев. Поэтому контроллер страниц хорошо применять для сайтов с достаточно простой логикой контроллера.

Контроллер запросов (Front Controller)

Контроллер, который обрабатывает все запросы к Web-сайту. Он объединяет все действия по обработке запросов в одном месте, распределяя их выполнение посредством единственного объекта обработчика. Как правило этот объект реализует общее поведение, которое может быть изменено во время выполнения с помощью декораторов (Decorator). Для выполнения конкретного запроса обработчик вызывает соответствующий объект команды (Command). Выбор команды может происходить статически или динамически.

Контроллер приложения (Application Controller)

Точка централизованного управления порядком отображения интерфейсных экранов и потоком функций приложения. Входные контроллеры обращаются к контроллеру приложения за командами, которые следует применить к модели, и за представлениями, которые необходимо использовать в определенном контексте приложения. Контроллер приложения выполняет две основные функции: выбор логики домена, которую нужно применить в конкретной ситуации, и выбор представления, которое следует отобразить в ответ на запрос. Для осуществления этих функций контроллер приложения поддерживает две коллекции ссылок на классы — одну для команд, выполняющихся в слое домена, и одну для представлений. Приложение может иметь несколько контроллеров приложений, управляющих его составными частями. Благодаря этому сложная логика выбора интерфейсных экранов может быть распределена по нескольким классам. Более простому приложению достаточно и одного контроллера. Если логика Web-приложения, описывающая порядок отображения интерфейсных экранов, довольно проста (другими словами, если пользователь может открывать экраны приложения практически в любом порядке), применять контроллер приложения не имеет смысла. Основное преимущество данного типового решения состоит именно в определении порядка отображения страниц и выборе тех или иных представлений в зависимости от состояний объектов. Необходимость использования контроллера приложения очевидна, если различные изменения хода приложения требуют применения схожей логики, касающиеся выбора команд и представлений особенно если такие изменения возникают во многих местах приложения.

Мастер Йода рекомендует:  Разбираем JavaScript код 7 проблем, ухудшающих читабельность

Представление по шаблону (Template View)

Преобразует результат выполнения запрос в формат HTML путём внедрения маркеров в HTML-страницу. В основном выполняется вставка маркеров в текст готовой статической HTML-страницы, при вызове которой для обслуживания запроса эти маркеры будут преобразованы в вызовы функций, предоставляющих динамическую информацию. Подобная схема позволяет создавать статическую часть страницы с помощью обычных средств, например WYSIWYG-редакторов. Для избежания внедрения в страницу большого количества программной логики применяют вспомогательный объект (Helper Object). Он будет содержать в себе всю фактическую логику домена, а сама страница — только вызовы вспомогательного объекта. Это значительно упростит структуру страницы и максимально приблизит её к “чистой” форме представления по шаблону. Преимущество представления по шаблону перед представлением с преобразованием (Transform View) в том, что оно позволяет оформлять представление в соответствии со структурой страницы, а также воплотить в жизнь идею, когда дизайнер занимается проектированием страницы, а программист работает над вспомогательным объектом. Однако, реализуя представление в виде страницы сервера, последнюю весьма легко переполнить логикой. Также представление по шаблону сложнее тестировать, чем представлением с преобразованием (Transform View), так как большинство реализаций представления по шаблону ориентированы на использование в рамках Web-сервера.

Представление с преобразованием (Transform View)

Представление, которое поочередно обрабатывает элементы данных домена и преобразует их в код HTML. На вход подаются данные из модели, а на выходе принимается код HTML. При этом программа последовательно проходит по структуре данных домена и, обнаруживая новый фрагмент данных создает их описание в терминах HTML. Отличие представления с преобразованием от представления по шаблону (Template View) заключается в способе организации представления. Представление по шаблону организовано с учетом размещения на экране выходных данных. Представление с преобразованием ориентировано на использование отдельных преобразований для каждого вида входных данных. Преобразованиями управляет нечто наподобие простого цикла, который поочередно просматривает каждый входной элемент, подбирает для него подходящее преобразование и применяет это преобразование. Таким образом, правила представления с преобразованием могут быть организованы в любом порядке — на результат это не повлияет. Преобразования изначально направлены на визуализацию данных в формат HTML, что позволяет избежать внедрения в представление слишком большого количества логики. Представление с преобразованием легче тестировать, поскольку, в основном, его реализация не требует наличия функционирующего Web-сервера. Представления по шаблону (Template View) не выдерживает последних двух достоинств представления с преобразованием.

Двухэтапное представление (Two Step View)

Выполняет визуализацию данных домена в два этапа: вначале формирует некое подобие логической страницы, после чего преобразует логическую страницу в формат HTML. На первом этапе информация, полученная от модели, организуется в некую логическую структуру, которая описывает визуальные элементы будущего отображения, однако еще не содержит кода HTML. На втором этапе полученная логическая структура преобразуется в код HTML. Методы второго этапа “знают”, какие элементы есть в логической структуре и как визуализировать каждый из этих элементов. Таким образом, система с множеством экранов может быть трансформирована в код HTML путём единственного прохождения второго этапа, благодаря чему решение о варианте преобразования в HTML принимается в одном месте. Двухэтапное преобразование может быть построено как на основе представления с преобразованием (Transform View) так и на основе представления по шаблону (Template View). Главным преимуществом двухэтапного представления является возможность разбить преобразование данных на два этапа, что облегчает проведение глобальных изменений. Одноэтапный вариант представления, будь то представление по шаблону или представление с преобразованием, предусматривает по одному компоненту представления для каждой Web-страницы приложения. В двухэтапном представлении визуализация данных выполняется в два этапа, что требует по одному представлению первого этапа для каждой страницы приложения и единственное представление второго этапа для всего приложения. Последняя схема значительно облегчает изменение внешнего вида сайта на втором этапе, поскольку каждое такое изменение распространяется сразу на весь сайт. Таким образом, для приложений с несколькими вариантами внешнего вида используется меньше элементов регулировки отображения и чем больше интерфейсных экранов и вариантов внешнего вида есть у приложения, тем большим будет выигрыш.

Паттерны проектирования

Что такое паттерны

При создании программных систем перед разработчиками часто встает проблема выбора тех или иных проектных решений. В этих случаях на помощь приходят паттерны. Дело в том, что почти наверняка подобные задачи уже решались ранее и уже существуют хорошо продуманные элегантные решения, составленные экспертами. Если эти решения описать и систематизировать в каталоги, то они станут доступными менее опытным разработчикам, которые после изучения смогут использовать их как шаблоны или образцы для решения задач подобного класса. Паттерны как раз описывают решения таких повторяющихся задач.

Концепция создания программного обеспечения с использованием паттернов, несомненно, очень важная, но относительно молодая, быть может, поэтому до сих пор нет четкого определения, что же такое паттерн. Об этом свидетельствуют непрекращающиеся дискуссии в популярной литературе и на соответствующих форумах в сети.

Например, следует ли считать алгоритмы и структуры данных паттернами? По этому вопросу существуют противоположные мнения. Согласно одному из них, алгоритмы являются вычислительными паттернами, а хорошо известная фундаментальная монография Дональда Кнута «Искусство программирования» по сути, представляет собой каталог таких паттернов. Согласно другому мнению, алгоритмы не являются паттернами, так как решаемые ими проблемы слишком малы (оперируют такими понятиями как вычислительная сложность и потребление ресурсов), а область решения хорошо очерчена. Паттерны же решают проблемы большего масштаба, при этом паттерн дает не конкретное решение, а некий путь к решению, причем, выбор правильного паттерна — задача нетривиальная, предполагающая от архитектора наличие интуиции, опыта, определенного творчества.

Классификация паттернов

В силу популярности каталога GoF часто под паттернами проектирования подразумевают все виды паттернов программной индустрии, что является не совсем корректным. В области разработки программных систем существует множество паттернов, которые отличаются областью применения, масштабом, содержимым, стилем описания. Например, в зависимости от сферы применения существуют такие паттерны как паттерны анализа, проектирования, тестирования, документирования, организации процесса разработки, планирования проектов и другие. 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 делятся на следующие категории:

  • Архитектурные паттерны
  • Паттерны проектирования
  • Идиомы

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. В русскоязычной литературе обычно встречаются несколько вариантов перевода оригинального названия design patterns — паттерны проектирования, шаблоны проектирования, образцы. Здесь в основном используется первый вариант, иногда второй.

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.

Паттерны ООП простыми словами: порождающие паттерны

3) Хоар предложил взаимодействие в программе объектов делать таким же как и в реальном мире и выделили

  • акцессорное взаимодействие — как считывание характеристик объекта. Такой тип взаимодействия иногда называют статическим.
  • событийное взаимодействие — взаимодействие связанное с изменением состояния объекта. Такой тип взаимодействия называют динамическим.


Объект
— конкретная реализация абстрактного типа, обладающая характеристиками состояния, поведения и индивидуальностью

Поведение — описание объекта в терминах изменения его состояния и передача сообщений в процессе воздействия или под воздействие других объектов

Индивидуальность — сущность объекта, отличающего его от других объектов

Отношения между объектами

  1. Отношение использования (объект может выполнять роль воздействия, исполнения, посредничество)
  2. Включение. Объект может состоять из других объектов. (агрегация по ссылке, агрегация по значению(композиция))

Категории объектов:

  1. Реальные объекты — абстракция фактического существования объектов в физическом мире (стол)
  2. Роли — абстракция цели, назначения (студент, человек)
  3. Инциденты — абстракция чего-то случившегося или произошедшего (скачок напряжения)
  4. Взаимодействие — объекты получаемые из взаимодействия между объектами
  5. Спецификации — используется как представление правил или критерий качества

Объясните пожалуйста предназначение порождающих паттернов простым языком

07.12.2020, 07:47

Объясните, пожалуйста, простым языком что такое дифференциал
Объясните, пожалуйста, простым языком что такое диференциал.

Объясните, пожалуйста, как строить поля из n элементов самым простым и понятным языком
Здравствуйте. Объясните, пожалуйста, как строить поля из n элементов самым простым и понятным.

Иерархия исключений с использованием порождающих паттернов
Вообщем поставлена задача, сделать иерархию исключений для парсера, вроде что то накидал, ну и.

Объясните простым языком таблицу истинности
Почему в случае с «&» — false, a в случае с «|» — true? Почему в случае с «^» — true? true &.

Объясните, пожалуйста, предназначение интерфейсов
Привет всем. Ребята, объясните, пожалуйста, предназначение интерфейсов?Зачем они вообще нужны?Ну.

07.12.2020, 10:48 2 07.12.2020, 11:43 [ТС] 3 07.12.2020, 13:07 4

Непонятно, что конкретно объяснять, когда материал есть в свободном доступе.

Это точно лишнее.

Where to use it

When only one instance or a specific number of instances of a class are allowed.

07.12.2020, 13:07
07.12.2020, 13:13 [ТС] 5

зашел на википедию и все сразу понял(нет).

Наверное, я бы не писал на форум, если бы то, что написано в гугле, было для меня понятно.

Тем более в википедии определения, которые я итак наизусть знаю. Мне бы практическое применение

07.12.2020, 13:15 6
07.12.2020, 13:18 [ТС] 7
07.12.2020, 13:23 8

Адекватных примеров из жизни, скорее всего, не подберется. А если и найдется, то дальше пойдет обсуждение аналогий и еще большее запутывание.

Представь, что есть многокомпонентное приложение, которое из разных точек общается с базой. Варианты:
1. Каждый раз создавать новый объект подключения к БД. Долго, муторно.
2. Держать один объект подключения к БД и передавать его везде, где нужно. Если функций много, то сигнатуры функций будут раздуты из-за этого объекта.
3. Завести глобальную переменную. Фу так делать.
4. Сделать синглтон. Появляется возможность создать подключение лениво — при первом обращении к нему. Затем использовать созданное. При этом синглтон доступен всем, расширять сигнатуры методов, гоняя по всему приложению объект не нужно.

Шаблоны проектирования для новичков. Паттерны ООП простыми словами: порождающие паттерны

Архитектура

Проектирование компьютерных программ

История

Польза

Главная польза каждого отдельного шаблона состоит в том, что он описывает решение целого класса абстрактных проблем. Также тот факт, что каждый шаблон имеет свое имя, облегчает дискуссию об абстрактных структурах данных (ADT) между разработчиками, так как они могут ссылаться на известные шаблоны. Таким образом, за счёт шаблонов производится унификация терминологии, названий модулей и элементов проекта.

Правильно сформулированный паттерн проектирования позволяет, отыскав удачное решение, пользоваться им снова и снова.

В отличие от идиом, шаблоны независимы от применяемого языка программирования.

Критика

Иногда шаблоны консервируют громоздкую и малоэффективную систему понятий, разработанную узкой группой. Когда количество шаблонов возрастает, превышая критическую сложность, исполнители начинают игнорировать шаблоны и всю систему, с ними связанную.

Нередко шаблонами заменяется отсутствие или недостаточность документации в сложной программной среде.

Есть мнение, что слепое применение шаблонов из справочника, без осмысления причин и предпосылок выделения каждого отдельного шаблона, замедляет профессиональный рост программиста, так как подменяет творческую работу механическим подставлением шаблонов. Люди, придерживающиеся данного мнения, считают, что знакомиться со списками шаблонов надо тогда, когда «дорос» до них в профессиональном плане — и не раньше. Хороший критерий нужной степени профессионализма — выделение шаблонов самостоятельно, на основании собственного опыта. При этом, разумеется, знакомство с теорией, связанной с шаблонами, полезно на любом уровне профессионализма и направляет развитие программиста в правильную сторону. Сомнению подвергается только использование шаблонов «по справочнику».

Шаблоны могут пропагандировать плохие стили разработки приложений, и зачастую слепо применяются.

Для преодоления этих недостатков используется рефакторинг .

Основные типы шаблонов проектирования

Основные шаблоны (Fundamental)

  • Marker interface
  • Property Container

Порождающие шаблоны проектирования

  • Factory Method/Фабричный метод , Virtual Constructor
  • Anonymous subroutine objects

Структурные шаблоны (Structural)

  • Proxy/Заместитель , Surrogate
  • Container
  • Extensibility
  • Pipes and filters
  • Private class data

Поведенческие шаблоны (Behavioral)

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)

  • Active Object
  • Balking
  • Guarded suspension
  • Half-Sync/Half-Async
  • Leaders/followers
  • Monitor Object
  • Reactor
  • Read write lock
  • Scheduler
  • Thread pool
  • Thread-Specific Storage
  • Single Thread Execution

Enterprise

Unsorted

  • Property Container
  • Event Channel
  • Repository/Хранилище

Другие типы шаблонов

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов:

    Carrier R >Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Паттерны проектирования» в других словарях:

Шаблон проектирования — У этого термина существуют и другие значения, см. Паттерн. В разработке программного обеспечения, шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern) повторимая архитектурная конструкция, представляющая собой решение проблемы… … Википедия

Шаблоны проектирования — (паттерн, англ. design pattern) это многократно применяемая архитектурная конструкция, предоставляющая решение общей проблемы проектирования в рамках конкретного контекста и описывающая значимость этого решения. Паттерн не является законченным… … Википедия

Шаблоны проектирования GRASP — GRASP (англ. General Responsibility Assignment Software Patterns (общие образцы распределения обязанностей)) паттерны, используемые в объектно ориентированном проектировании для решения общих задач по назначению обязанностей классам и объектам. В … Википедия

По своей сути — паттерны — это обычные шаблоны проектирования. Заимствовано у обычных архитекторов (те, которые зданиями занимаются). Суть проста. В работе архитектора есть задачи, которые удобно решать одним или несколькими проверенными способами.

По аналогии в проектировании софта имееются свои архитектурные вопросы вроде разбиения приложения на компоненты/модули, организации зависимостей между ними, распределение функциональных обязанностей и т.п. Как ловко подметили авторы книжки из этой банды четырех (The «Gang of Four») в нашей индустрии можно также выделить некоторе количество типовых шаблонов, проверенных на практике, чтобы тем самым не наступать на уже обойденные другими грабли.

Суть постижения паттернов заключается в том, чтобы осознать в каких ситуациях правильно использовать тот или иной шаблон проектирования и правильно его применить. Важно понимать при этом, что формула «чем больше паттернов я придумал засунуть с свое приложение — тем лучше» — неверная. Использовать их следует с умом и только там, где они действительно нужны. Кроме того, патерны устаревают, превращаются в анти-паттерны по мере развития технологий (которые в нашей области делают это более чем стремительно). Ну и, конечно, есть шаблоны общепринятые и есть те, которые успешно используются в узких кругах.
Тут тоже надо понимать, что это не догма какая-то — типа 10 священных паттернов проектирования:)

Чтобы понять, где они нужны — нужен опыт. То есть (я лично убежден), что учиться на ошибках других может только крайне ограниченное число людей. Все остальные обязаны набить шишки самостоятельно:)

К изучению паттернов я дам такие советы:

1) Прочтите пару книжек, чтобы понять, что это за зверь и с чем его едят. Можно взять одну из вариаций книжки GoF или какие-то производные для вашего стека разработки — познакомиться с основными популярными шаблонами. Сразу после этого я посоветовал бы прочесть книжку «Горький вкус Java» (Брюс Тейт) — она про анти-паттерны. Это чтобы понять обратную сторону их использования. Мне понравилась и уберегла думаю от многих проблем. То что на примере Java — неважно. Речь идет о шаблонах, так что представителям других стеков (к которым отношусь и я) будет просто понять все равно.

2) Постарайтесь осознать, доводилось ли вам сталкиваться в работе раньше с чем-то, что является или могло бы легко стать одним из шаблонов. Где получалось применить концепт верно, а где из-за этого только проблемы были.

3) В новых проектах, держите в голове полученные по шаблонам знания — вдруг пригодятся.

В конечном итоге, знаете ли вы паттерны, или нет — с опытом приходит понимание того, какая архитектура будет правильная, а какая — нет. Как сделать удобно, а как нет. И неважно, какими паттернами это обозвать.

Я даже пожалуй посоветовал бы подойти к освоению айтишной архитектурной мудрости с другой стороны — со стороны нефункциональных требований или так называемых «-ilities» — их много. вот описаны 7 штук. А вообще их десятки .

Среди прочих — такие как maintainability (простая поддержка кода), scalability (масштабируемость), extensibility (расширяемость), availability (устойчивость) и тп. Если, проектируя свое приложение, вы задумываетесь об этих «илитях» и стараетесь их обеспечить в необходимом проекту объеме, то, как правило, ваше приложение будет иметь отличную архитектуру. При этом шаблоны проектирования в ней появятся лаконично сами собой.

Поскольку идея использовать шаблоны — это попытка опытных программных инженеров дать десяток готовых рецептов менее опытным, чтобы пока они не научились варить «вкусную кашу», они не варили уж что-то совсем несъедобное. 🙂 Учитесь «готовить», разбирайтесь в -ilites:) и все будет хорошо

Шаблоны проектирования — это руководства по решению повторяющихся проблем. Это не классы, пакеты или библиотеки, которые можно было бы подключить к вашему приложению и сидеть в ожидании чуда. Они скорее являются методиками, как решать определенные проблемы в определенных ситуациях.

Порождающие шаблоны — 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 наследуемый класс, а шаблон, порождающий объекты, делегирует инстанцирование другому объекту.

Существуют следующие порождающие шаблоны:

Простая фабрика (Simple Factory)

В объектно-ориентированном программировании (ООП), фабрика — это объект для создания других объектов. Формально фабрика — это функция или метод, который возвращает объекты изменяющегося прототипа или класса из некоторого вызова метода, который считается «новым».

Пример из жизни: Представьте, что вам надо построить дом, и вам нужны двери. Было бы глупо каждый раз, когда вам нужны двери, надевать вашу столярную форму и начинать делать дверь. Вместо этого вы делаете её на фабрике.

Простыми словами: Простая фабрика генерирует экземпляр для клиента, не раскрывая никакой логики.

Перейдем к коду. У нас есть интерфейс Door и его реализация:

Затем у нас есть наша DoorFactory , которая делает дверь и возвращает её:

И затем мы можем использовать всё это:

$door = DoorFactory::makeDoor(100, 200); echo «Width: » . $door->getWidth(); echo «Height: » . $door->getHeight();

Когда использовать: Когда создание объекта — это не просто несколько присвоений, а какая-то логика, тогда имеет смысл создать отдельную фабрику вместо повторения одного и того же кода повсюду.

Фабричный метод (Fabric Method)

Фабричный метод — порождающий шаблон проектирования, предоставляющий подклассам интерфейс для создания экземпляров некоторого класса. В момент создания наследники могут определить, какой класс создавать. Иными словами, данный шаблон делегирует создание объектов наследникам родительского класса. Это позволяет использовать в коде программы не специфические классы, а манипулировать абстрактными объектами на более высоком уровне.

Пример из жизни: Рассмотрим пример с менеджером по найму. Невозможно одному человеку провести собеседования со всеми кандидатами на все вакансии. В зависимости от вакансии он должен распределить этапы собеседования между разными людьми.

Простыми словами: Менеджер предоставляет способ делегирования логики создания экземпляра дочерним классам.

Перейдём к коду. Рассмотрим приведенный выше пример про HR-менеджера. Изначально у нас есть интерфейс Interviewer и несколько реализаций для него:

Теперь создадим нашего HiringManager:

Abstract >makeInterviewer(); $interviewer->askQuestions(); > >

И теперь любой дочерний класс может расширять его и предоставлять необходимого интервьюера:

$devManager = new DevelopmentManager(); $devManager->takeInterview(); // Вывод: Спрашивает о шаблонах проектирования! $marketingManager = new MarketingManager(); $marketingManager->takeInterview(); // Вывод: Спрашивает о работе с сообществом

Когда использовать: Полезен, когда есть некоторая общая обработка в классе, но необходимый подкласс динамически определяется во время выполнения. Иными словами, когда клиент не знает, какой именно подкласс ему может понадобиться.

Абстрактная фабрика (Abstract Factory)

Абстрактная фабрика — порождающий шаблон проектирования, предоставляет интерфейс для создания семейств взаимосвязанных или взаимозависимых объектов, не специфицируя их конкретных классов. Шаблон реализуется созданием абстрактного класса Factory, который представляет собой интерфейс для создания компонентов системы (например, для оконного интерфейса он может создавать окна и кнопки). Затем пишутся классы, реализующие этот интерфейс.

Пример из жизни: Расширим наш пример про двери из простой фабрики. В зависимости от ваших нужд вам понадобится деревянная дверь из одного магазина, железная дверь — из другого или пластиковая — из третьего. Кроме того, вам понадобится соответствующий специалист: столяр для деревянной двери, сварщик для железной двери и так далее. Как вы можете заметить, тут есть зависимость между дверьми.

Простыми словами: Фабрика фабрик. Фабрика, которая группирует индивидуальные, но связанные/зависимые фабрики без указания их конкретных классов.

Обратимся к коду. Используем пример про двери. Сначала у нас есть интерфейс Door и несколько его реализаций:

Затем у нас есть несколько DoorFittingExpert для каждого типа дверей:

Теперь у нас есть DoorFactory , которая позволит нам создать семейство связанных объектов. То есть фабрика деревянных дверей предоставит нам деревянную дверь и эксперта по деревянным дверям. Аналогично для железных дверей:

Interface DoorFactory < public function makeDoor(): Door; public function makeFittingExpert(): DoorFittingExpert; >// Деревянная фабрика вернет деревянную дверь и столяра class WoodenDoorFactory implements DoorFactory < public function makeDoor(): Door < return new WoodenDoor(); >public function makeFittingExpert(): DoorFittingExpert < return new Carpenter(); >> // Железная фабрика вернет железную дверь и сварщика class IronDoorFactory implements DoorFactory < public function makeDoor(): Door < return new IronDoor(); >public function makeFittingExpert(): DoorFittingExpert < return new Welder(); >>

$woodenFactory = new WoodenDoorFactory(); $door = $woodenFactory->makeDoor(); $expert = $woodenFactory->makeFittingExpert(); $door->getDescription(); // Вывод: Я деревянная дверь $expert->getDescription(); // Вывод: Я работаю только с деревянными дверями // Аналогично для железной двери $ironFactory = new IronDoorFactory(); $door = $ironFactory->makeDoor(); $expert = $ironFactory->makeFittingExpert(); $door->getDescription(); // Вывод: Я железная дверь $expert->getDescription(); // Вывод: Я работаю только с железными дверями

Как вы можете заметить, фабрика деревянных дверей инкапсулирует столяра и деревянную дверь, а фабрика железных дверей инкапсулирует железную дверь и сварщика. Это позволило нам убедиться, что для каждой двери мы получим нужного нам эксперта.

Когда использовать: Когда есть взаимосвязанные зависимости с не очень простой логикой создания.

Строитель (Builder)

Строитель — порождающий шаблон проектирования, который предоставляет способ создания составного объекта. Предназначен для решения проблемы антипаттерна «Телескопический конструктор».

Пример из жизни: Представьте, что вы пришли в McDonalds и заказали конкретный продукт, например, БигМак, и вам готовят его без лишних вопросов. Это пример простой фабрики. Но есть случаи, когда логика создания может включать в себя больше шагов. Например, вы хотите индивидуальный сэндвич в Subway: у вас есть несколько вариантов того, как он будет сделан. Какой хлеб вы хотите? Какие соусы использовать? Какой сыр? В таких случаях на помощь приходит шаблон «Строитель».

Простыми словами: Шаблон позволяет вам создавать различные виды объекта, избегая засорения конструктора. Он полезен, когда может быть несколько видов объекта или когда необходимо множество шагов, связанных с его созданием.

Давайте я покажу на примере, что такое «Телескопический конструктор». Когда-то мы все видели конструктор вроде такого:

Public function __construct($size, $cheese = true, $pepperoni = true, $tomato = false, $lettuce = true)

Как вы можете заметить, количество параметров конструктора может резко увеличиться, и станет сложно понимать расположение параметров. Кроме того, этот список параметров будет продолжать расти, если вы захотите добавить новые варианты. Это и есть «Телескопический конструктор».

Перейдем к примеру в коде. Адекватной альтернативой будет использование шаблона «Строитель». Сначала у нас есть Burger , который мы хотим создать:

>size = $builder->size; $this->cheese = $builder->cheese; $this->pepperoni = $builder->pepperoni; $this->lettuce = $builder->lettuce; $this->tomato = $builder->tomato; > >

Затем мы берём «Строителя»:

>size = $size; > public function addPepperoni() < $this->pepperoni = true; return $this; > public function addLettuce() < $this->lettuce = true; return $this; > public function addCheese() < $this->cheese = true; return $this; > public function addTomato() < $this->tomato = true; return $this; > public function build(): Burger < return new Burger($this); >>

$burger = (new BurgerBuilder(14)) ->addPepperoni() ->addLettuce() ->addTomato() ->build();

Когда использовать: Когда может быть несколько видов объекта и надо избежать «телескопического конструктора». Главное отличие от «фабрики» — это то, что она используется, когда создание занимает один шаг, а «строитель» применяется при множестве шагов.

Прототип (Prototype)

Задаёт виды создаваемых объектов с помощью экземпляра-прототипа и создаёт новые объекты путём копирования этого прототипа. Он позволяет уйти от реализации и позволяет следовать принципу «программирование через интерфейсы». В качестве возвращающего типа указывается интерфейс / абстрактный класс на вершине иерархии, а классы-наследники могут подставить туда наследника, реализующего этот тип.

Пример из жизни: Помните Долли? Овечка, которая была клонирована. Не будем углубляться, главное — это то, что здесь все вращается вокруг клонирования.

Простыми словами: Прототип создает объект, основанный на существующем объекте при помощи клонирования.

То есть он позволяет вам создавать копию существующего объекта и модернизировать его согласно вашим нуждам, вместо того, чтобы создавать объект заново.

Обратимся к коду. В PHP это может быть легко реализовано с использованием clone:

) < $this->name = $name; $this->category = $category; > public function setName(string $name) < $this->name = $name; > public function getName() < return $this->name; > public function setCategory(string $category) < $this->category = $category; > public function getCategory() < return $this->category; > >

Затем он может быть клонирован следующим образом:

$original = new Sheep(«Джолли»); echo $original->getName(); // Джолли echo $original->getCategory(); // Горная овечка // Клонируем и модифицируем то что нужно $cloned = clone $original; $cloned->setName(«Долли»); echo $cloned->getName(); // Долли echo $cloned->getCategory(); // Горная овечка

Также вы можете использовать волшебный метод __clone для изменения клонирующего поведения.

Когда использовать: Когда необходим объект, похожий на существующий объект, либо когда создание будет дороже клонирования.

Одиночка (Singleton)

Одиночка — порождающий шаблон проектирования, гарантирующий, что в однопроцессном приложении будет единственный экземпляр некоторого класса, и предоставляющий глобальную точку доступа к этому экземпляру.

Пример из жизни: В стране одновременно может быть только один президент. Один и тот же президент должен действовать, когда того требуют обстоятельства. Президент здесь является одиночкой.

Простыми словами: Обеспечивает тот факт, что создаваемый объект является единственным объектом своего класса.

Вообще шаблон одиночка признан антипаттерном, необходимо избегать его чрезмерного использования. Он необязательно плох и может иметь полезные применения, но использовать его надо с осторожностью, потому что он вводит глобальное состояние в ваше приложение и его изменение в одном месте может повлиять на другие части приложения, что вызовет трудности при отладке. Другой минус — это то, что он делает ваш код связанным.

Прим. перев. Подробнее о подводных камнях шаблона одиночка читайте в .

Перейдем к коду. Чтобы создать одиночку, сделайте конструктор приватным, отключите клонирование и расширение и создайте статическую переменную для хранения экземпляра:

Перед началом статьи, я хочу предложить доклад своего товарища — Дениса Порпленко о паттернах проектирования в программировании:

Я хочу напомнить о том, что паттерны проектирования возникли как решение часто возникающих однотипных задач, собственно, в проектировании. Но основное свое развитие получили в программной разработке. И дальше буду продолжать повествование в контексте разработки программного обеспечения.

Тематика паттернов очень широка, паттерны проектирования можно разделить на такие типы, как шаблоны для программирования, шаблоны архитектуры системы и шаблоны хранения данных. Это самые популярные паттерны, есть и другие. Ниже я их все перечислю.

Многие компании используют в своей практике паттерны. Применение паттернов имеет свои плюсы и минусы.
Польза от применения шаблонов проектирования :
— основное преимущество использования шаблонов перед свободным проектированием состоит в том, что паттерн дает название проблеме и определяет способы решения многих проблем за счет готового набора абстракций
— облегчает коммуникацию между разработчиками системы
— использование шаблонов проектирования аналогично использованию готовых библиотек кода
— правильное использование шаблонов помогает разработчикам определить нужный вектор развития и уйти от многих проблем, которые могут возникнуть в процессе разработки.

Проблемы, которые порождают шаблоны проектирования :
— на мой взгляд, самая главная проблема использования шаблонов — потеря гибкости проектирования и разработки системы
— использование шаблонов усложняет систему
— слепое следование определенному шаблону и повсеместное его использование может породить кучу архитектурных и логических проблем

Основные шаблоны программирования

Фундаментальные

Шаблон делегирования (Delegation pattern) — Объект внешне выражает некоторое поведение, но в реальности передаёт ответственность за выполнение этого поведения связанному объекту.
Шаблон функционального дизайна (Functional design) — Гарантирует, что каждый модуль компьютерной программы имеет только одну обязанность и исполняет её с минимумом побочных эффектов на другие части программы.
Неизменяемый интерфейс (Immutable interface) — Создание неизменяемого объекта.
Интерфейс (Interface) — Общий метод для структурирования компьютерных программ для того, чтобы их было проще понять.
Интерфейс-маркер (Marker interface) — В качестве атрибута (как пометки объектной сущности) применяется наличие или отсутствие реализации интерфейса-маркера. В современных языках программирования вместо этого могут применяться атрибуты или аннотации.
Контейнер свойств (Property container) — Позволяет добавлять дополнительные свойства для класса в контейнер (внутри класса), вместо расширения класса новыми свойствами.
Событийный шаблон (Event channel) — Расширяет шаблон Publish/Subscribe, создавая централизованный канал для событий. Использует объект-представитель для подписки и объект-представитель для публикации события в канале. Представитель существует отдельно от реального издателя или подписчика. Подписчик может получать опубликованные события от более чем одного объекта, даже если он зарегистрирован только на одном канале.

Порождающие шаблоны

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 (Abstract factory) — Класс, который представляет собой интерфейс для создания компонентов системы.
Строитель (Builder) — Класс, который представляет собой интерфейс для создания сложного объекта.
Фабричный метод (Factory method) — Определяет интерфейс для создания объекта, но оставляет подклассам решение о том, какой класс инстанцировать.
Отложенная инициализация (Lazy initialization) — Объект, инициализируемый во время первого обращения к нему.
Пул одиночек (Multiton) — Гарантирует, что класс имеет поименованные экземпляры объекта и обеспечивает глобальную точку доступа к ним.
Объектный пул (Object pool) — Класс, который представляет собой интерфейс для работы с набором инициализированных и готовых к использованию объектов.
Прототип (Prototype) — Определяет интерфейс создания объекта через клонирование другого объекта вместо создания через конструктор.
Получение ресурса есть инициализация (Resource acquisition is initialization (RAII)) — Получение некоторого ресурса совмещается с инициализацией, а освобождение — с уничтожением объекта.
Одиночка (Singleton) — Класс, который может иметь только один экземпляр.

Структурные шаблоны

Структурные шаблоны (Structural) определяют различные сложные структуры, которые изменяют интерфейс уже существующих объектов или его реализацию, позволяя облегчить разработку и оптимизировать программу.
Адаптер (Adapter / Wrapper) — Объект, обеспечивающий взаимодействие двух других объектов, один из которых использует, а другой предоставляет несовместимый с первым интерфейс.
Мост (Bridge) — Структура, позволяющая изменять интерфейс обращения и интерфейс реализации класса независимо.
Компоновщик (Composite) — Объект, который объединяет в себе объекты, подобные ему самому.
Декоратор или Обёртка (Decorator) или (Wrapper) — Класс, расширяющий функциональность другого класса без использования наследования.
Фасад (Facade) — Объект, который абстрагирует работу с несколькими классами, объединяя их в единое целое.
Единая точка входа (Front controller) — Обеспечивает унифицированный интерфейс для интерфейсов в подсистеме. Front Controller определяет высокоуровневый интерфейс, упрощающий использование подсистемы.
Приспособленец (Flyweight) — Это объект, представляющий себя как уникальный экземпляр в разных местах программы, но по факту не являющийся таковым.
Заместитель (Proxy) — Объект, который является посредником между двумя другими объектами, и который реализует/ограничивает доступ к объекту, к которому обращаются через него.

Поведенческие шаблоны

Поведенческие шаблоны (Behavioral) определяют взаимодействие между объектами, увеличивая таким образом его гибкость.
Цепочка обязанностей (Chain of responsibility) — Предназначен для организации в системе уровней ответственности.
Команда (Command) — Представляет действие. Объект команды заключает в себе само действие и его параметры.
Интерпретатор (Interpreter) — Решает часто встречающуюся, но подверженную изменениям, задачу.
Итератор (Iterator) — Представляет собой объект, позволяющий получить последовательный доступ к элементам объекта-агрегата без использования описаний каждого из объектов, входящих в состав агрегации.
Посредник (Mediator) — Обеспечивает взаимодействие множества объектов, формируя при этом слабую связанность и избавляя объекты от необходимости явно ссылаться друг на друга.
Хранитель (Memento) — Позволяет не нарушая инкапсуляцию зафиксировать и сохранить внутренние состояния объекта так, чтобы позднее восстановить его в этих состояниях.
Нулевой объект (Null object) — Предотвращает нулевые указатели, предоставляя объект «по умолчанию».
Наблюдатель (Observer) — Определяет зависимость типа «один ко многим» между объектами таким образом, что при изменении состояния одного объекта все зависящие от него оповещаются об этом событии.
Слуга (Servant) — Используется для обеспечения общей функциональности группе классов.
Спецификация (Specification) — Служит для связывания бизнес-логики.
Состояние (State) — Используется в тех случаях, когда во время выполнения программы объект должен менять своё поведение в зависимости от своего состояния.
Стратегия (Strategy) — Предназначен для определения семейства алгоритмов, инкапсуляции каждого из них и обеспечения их взаимозаменяемости.
Шаблонный метод (Template method) — Определяет основу алгоритма и позволяет наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом.
Посетитель (Visitor) — Описывает операцию, которая выполняется над объектами других классов. При изменении класса Visitor нет необходимости изменять обслуживаемые классы.
Простая политика — я знаю, что такой паттерн есть, но что он означает, пока не нашел. Если будет инфа — скиньте в комментариях.
Слушатель (Event listener) — аналогично
Одноразовый посетитель (Single-serving visitor) — Оптимизирует реализацию шаблона посетитель, который инициализируется, единожды используется, и затем удаляется.
Иерархический посетитель (Hierarchical visitor) — Предоставляет способ обхода всех вершин иерархической структуры данных (например, древовидной).

Шаблоны параллельного программирования

Используются для более эффективного написания многопоточных программ, и предоставляет готовые решения проблем синхронизации.
Активный объект (Active Object) — Служит для отделения потока выполнения метода от потока, в котором он был вызван. Использует шаблоны асинхронный вызов методов и планировщик.
Уклонитель (Balking) — Служит для выполнения действия над объектом только тогда, когда тот находится в корректном состоянии.
Привязка свойств (Binding properties) — Комбинирует несколько наблюдателей для обеспечения синхронизации свойств в различных объектах
Обмен сообщениями (Messaging design pattern (MDP)) — Позволяет компонентам и приложениям обмениваться информацией (сообщениями).
Блокировка с двойной проверкой (Double-checked locking) — Предназначен для уменьшения накладных расходов, связанных с получением блокировки.
Ассинхронные события (Event-based asynchronous) — Адресные проблемы с Асинхронным паттерном, которые возникают в программах с несколькими потоками.
Охраняемая приостановка (Guarded suspension) — Используется для блокировки выполнения действия над объектом только тогда, когда тот находится в корректном состоянии.
Полусинхронизация (Half-Sync/Half-Async) — пока нет данных про этот паттерн.
Лидеры (Leaders/followers) — пока нет данных про этот паттерн.
Замок (Lock) — Один поток блокирует ресурс для предотвращения доступа или изменения его другими потоками.
Монитор (Monitor object) — Объект, предназначенный для безопасного использования более чем одним потоком.
Реактор (Reactor) — Предназначен для синхронной передачи запросов сервису от одного или нескольких источников.
Блокировка чтение-запись (Read write lock) — Позволяет нескольким потокам одновременно считывать информацию из общего хранилища, но позволяя только одному потоку в текущий момент времени её изменять.
Планировщик (Scheduler) — Обеспечивает механизм реализации политики планирования, но при этом не зависящих ни от одной конкретной политики.
Пул потоков (Thread pool) — Предоставляет пул потоков для обработки заданий, представленных обычно в виде очереди.
Спецпотоковое хранилище (Thread-specific storage) — Служит для предоставления различных глобальных переменных для разных потоков.
Однопоточное выполнение (Single thread execution) — Препятствует конкурентному вызову метода, тем самым запрещая параллельное выполнение этого метода.
Кооперативный паттерн (Cooperative pattern) — Обеспечивает механизм безопасной остановки потоков исполнения, используя общий флаг для сигнализирования прекращения работы потоков.

Шаблоны архитектуры системы

Model-View-Controller (MVC) — Модель-представление-контроллер.
Model-View-Presenter
Model-View-View Model
Presentation-Abstraction-Control
Naked objects
Hierarchical Model–View–Controller

Enterprise шаблоны

Active Record — способ доступа к данным реляционных баз данных в объектно-ориентированном программировании.
Business Delegate
Composite Entity/Составная Сущность
Composite View
DAO (Data Access Object) Объект Доступа к Данным
Dispatcher View
Front Controller
Intercepting Filter
Registry
Service Activator
Service Locator/Локатор Службы
Service to Worker
Session Facade/Фасад Сессии
Transfer Object Assembler
Transfer Object/Объект Перемещения
Value List Handler/Обработчик Списка Значений
View Helper
Unit of Work

Другие типы шаблонов

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов.
Хранилище (Repository)
Carrier Rider Mapper описывают предоставление доступа к хранимой информации.
Аналитические шаблоны описывают основной подход для составления требований для программного обеспечения (requirement analysis) до начала самого процесса программной разработки
Коммуникационные шаблоны описывают процесс общения между отдельными участниками/сотрудниками организации
Организационные шаблоны описывают организационную иерархию предприятия/фирмы
Антипаттерны (Anti-Design-Patterns) описывают, как не следует поступать при разработке программ, показывая характерные ошибки в дизайне и в реализации

Добавить комментарий