No Image

Что такое паттерны в программировании

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020

Порождающие

Отвечают за удобное и безопасное создание новых объектов или даже целых семейств объектов.

Структурные

Отвечают за построение удобных в поддержке иерархий классов.

Поведенческие

Решают задачи эффективного и безопасного взаимодействия между объектами программы.

Привести в пример паттерн проектирования – один из самых популярных запросов на собеседованиях. Объясняем порождающие паттерны простыми словами.

Паттерн от английского Pattern – образец, шаблон. В программировании это понятие подразумевает использование определенного подхода или алгоритма, который уже существует для решения проблемы в той или иной ситуации.

Вы хотите создать автомобиль, но поняитя не имеете, с чего начать. Сколько должно быть у него колес? 3, 4, 5? Вы не знаете точно, потому что никогда до этого не занимались проектированием автомобилей. К счастью, до вас люди занимались этим десятилетиями и вы точно знаете, что для конкретно вашего варианта автомобиля потребуется база из 4 колес. Вам не нужно экспериментировать и строить трицикл, чтобы убедиться в его неэффективности.

Паттерны не привязаны к конкретному языку программирования, это просто подход к проектированию.

Это паттерны, которые создают объекты, или позволяют получить доступ к существующим. Порождающие паттерны – это те шаблоны, по которым можно создать автомобиль и сделать это лучшим образом.

Singleton (одиночка)

Допустим, нам нужно организовать линию связи между каждым жителем города. Как вариант, мы можем просто протянуть кабель от одного дома жителя к другому. Но масштабироваться такая система будет очень плохо, для добавления одного нового жителя к сети потребуется снова протягивать кабель к каждому старому. Чинить обрывы будет тоже не самой простой задачей.

Здесь нам пригодится паттерн «Одиночка». Одиночкой в этом случае будет телефонная станция, и все линии связи будут проходить через нее. Для добавления нового жителя потребуется только протянуть кабель от его дома до станции.

Но главное в одиночке то, что создав станцию один раз, ей может пользоваться сколько угодно людей. Смысл в том, что когда вы скажете «Мне нужна телефонная станция», вам ответят не «Нужно построить новую», а «Она находится там-то».

Registry (реестр, журнал записей)

Данный паттерн предназначен для хранения записей, которые в него помещают и возвращения записей, которые у него запрашивают. Если вернуться к примеру с телефонной станцией, она будет являться реестром по отношению к телефонным номерам жителей.

Еще один пример одиночки-реестра – бухгалтерия. Фирма не создает бухгалтерию каждый раз, когда она ей понадобится. В то же время, в бухгалтерии хранятся записи обо всех сотрудниках фирмы, как в реестре.

Multiton (пул «одиночек»)

По сути данный паттерн – это реестр одиночек, каждый из которых имеет имя, по которому к нему можно получить доступ.

Object pool (пул объектов)

Этот паттерн также как и предыдущий, содержит набор объектов, но не все они обязаны быть одиночками.

Factory (фабрика)

Фабрика – достаточно точное название для этого паттерна. Когда вам понадобится пакет сока, вы обращаетесь к фабрике с соответствующим запросом, она в свою очередь копирует эталон и передает вам его экземпляр. Что при этом происходит внутри фабрики и как она это делает вас не беспокоит.

Также, фабрики зачастую создаются с учетом производства только одного вида продукции. То есть, создавать фабрику по производству пакетов с соком с учетом возможности создания автомобильных покрышек не рекомендуется.

Builder (строитель)

Строитель по очень похож на фабрику, но вместо копирования эталона, строитель содержит в себе весь сложный набор действий, необходимый для производства. Скажем, на фабрике по производству апельсинового сока, вы можете заказать только апельсиновый сок, в то время как у строителя можно запросить березовый сок и он позаботиться как о содержимом пакета, так и о наклейках и соответствующих надписях, которые вы тоже можете изменять.

Prototype (прототип)

Этот паттерн похож на фабрику, но только фабрика здесь в самом объекте. К примеру, у вас в руках есть пустой пакет для сока, которому вы говорите «Хочу ананасовый сок». Пакет в свою очередь копирует себя и заполняет себя ананасовым соком.

В данном случае, пакет является прототипом и создает на своей основе другие объекты, с требуемыми вам параметрами.

Factory method (фабричный метод)

Данный паттерн является основой фабрики. В действительности, при создании программы в первую очередь создается фабричный метод, а на его основе уже создаются фабрики.

Допустим фабрика производит пакеты с разными соками. Мы можем на каждый вид сока сделать свою производственную линию, но это не эффективно. Удобнее сделать одну линию по производству пакетов-основ, а разделение ввести только на этапе заливки сока, который мы можем определять просто по названию сока.

Читайте также:  Схема блок питания для компьютера 350w

Для этого мы создаем основной отдел по производству пакетов-основ и предупреждаем все подотделы, что они должны производить нужный пакет с соком про простому «Надо» (т.е. каждый подотдел должен реализовать паттерн «фабричный метод»). Поэтому каждый подотдел заведует только своим типом сока и реагирует на слово «Надо».

Теперь, если нам потребуется пакет бананового сока, мы просто скажем отделу по производству бананового сока «Надо», а он в свою очередь скажет основному отделу по созданию пакетов сока: «Произведи свой обычный пакет, а этот сок нужно туда залить».

Lazy initialization (отложенная инициализация)

Предположим, вы работаете в бухгалтерии и для каждого сотрудника вы должны подготавливать «отчет о выплатах». Вы можете в начале каждого месяца делать этот отчет на всех сотрудников, но некоторые отчеты могут не понадобиться, и тогда скорее всего вы примените «отложенную инициализацию», то есть вы будете подготавливать этот отчет только тогда, когда он будет запрошен начальством (вышестоящим объектом). Однако начальство в любой момент времени может сказать что у него этот отчет уже есть, но готов он уже или нет, оно не знает и знать не должно. Данный паттерн служит для оптимизации ресурсов.

Dependency injection (внедрение зависимости)

Если нам требуется нанять нового человека, мы можем не создавать свой отдел кадров, а внедрить зависимость от компании по подбору персонала. Она, свою очередь, по нашему запросу «нужен человек», будет либо сама работать как отдел кадров, либо же найдет другую компанию, которая предоставит данные услуги.

«Внедрение зависимости» позволяет перекладывать и взаимозаменять отдельные части программы без потери общей функциональности.

Шаблон проектирования или паттерн (англ. design pattern ) в разработке программного обеспечения — повторяемая 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.

«Низкоуровневые» шаблоны, учитывающие специфику конкретного языка программирования, называются идиомами. Это хорошие решения проектирования, характерные для конкретного языка или программной платформы, и потому не универсальные.

На наивысшем уровне существуют архитектурные шаблоны, они охватывают собой архитектуру всей программной системы.

Алгоритмы по своей сути также являются шаблонами, но не проектирования, а вычисления, так как решают вычислительные задачи.

Содержание

История [ править | править код ]

В 1970-е годы архитектор Кристофер Александр составил набор шаблонов проектирования. В области архитектуры эта идея не получила такого развития, как позже в области программной разработки.

В 1987 году Кент Бэк (Kent Beck) и Вард Каннингем (Ward Cunningham) взяли идеи Александра и разработали шаблоны применительно к разработке программного обеспечения для разработки графических оболочек на языке Smalltalk.

В 1988 году Эрих Гамма (Erich Gamma) начал писать докторскую диссертацию при цюрихском университете об общей переносимости этой методики на разработку программ.

В 1989—1991 годах Джеймс Коплин (James Coplien) трудился над разработкой идиом для программирования на C++ и опубликовал в 1991 году книгу Advanced C++ Idioms.

В этом же году Эрих Гамма заканчивает свою докторскую диссертацию и переезжает в США, где в сотрудничестве с Ричардом Хелмом (Richard Helm), Ральфом Джонсоном (Ralph Johnson) и Джоном Влиссидесом (John Vliss >Gang of Four , часто сокращается до GoF). Именно эта книга стала причиной роста популярности шаблонов проектирования.

Плюсы [ править | править код ]

В сравнении с полностью самостоятельным проектированием, шаблоны обладают рядом преимуществ. Основная польза от использования шаблонов состоит в снижении сложности разработки за счёт готовых абстракций для решения целого класса проблем. Шаблон даёт решению своё имя, что облегчает коммуникацию между разработчиками, позволяя ссылаться на известные шаблоны. Таким образом, за счёт шаблонов производится унификация деталей решений: модулей, элементов проекта, — снижается количество ошибок. Применение шаблонов концептуально сродни использованию готовых библиотек кода. Правильно сформулированный шаблон проектирования позволяет, отыскав удачное решение, пользоваться им снова и снова. Набор шаблонов помогает разработчику выбрать возможный, наиболее подходящий вариант проектирования. [1]

Минусы [ править | править код ]

Хотя легкое изменение кода под известный шаблон может упростить понимание кода, по мнению Стива Макконнелла, с применением шаблонов могут быть связаны две сложности. Во-первых, слепое следование некоторому выбранному шаблону может привести к усложнению программы. Во-вторых, у разработчика может возникнуть желание попробовать некоторый шаблон в деле без особых оснований. [2]

Многие шаблоны проектирования в объектно-ориентированном проектировании можно рассматривать как идиоматическое воспроизведение элементов функциональных языков [3] . Питер Норвиг утверждает, что 16 из 23 шаблонов, описанных в книге «Банды четырёх», в динамически-типизируемых языках реализуются существенно проще, чем в С++, либо оказываются незаметны [4] . Пол Грэхэм считает саму идею шаблонов проектирования — антипаттерном, сигналом о том, что система не обладает достаточным уровнем абстракции, и необходима её тщательная переработка [5] . Нетрудно видеть, что само определение шаблона как «готового решения, но не прямого обращения к библиотеке» по сути означает отказ от повторного использования в пользу дублирования. Это, очевидно, может быть неизбежным для сложных систем при использовании языков, не поддерживающих комбинаторы и полиморфизм типов, и это в принципе может быть исключено в языках, обладающих свойством гомоиконичности (хотя и не обязательно эффективно), так как любой шаблон может быть реализован в виде исполнимого кода [6] .

Читайте также:  Ссылки на источники в тексте

Типы шаблонов проектирования [ править | править код ]

Основные [ править | править код ]

Название Оригинальное название Описание Описан в Design Patterns
Основные шаблоны (Fundamental)
Шаблон делегирования Delegation pattern Объект внешне выражает некоторое поведение, но в реальности передаёт ответственность за выполнение этого поведения связанному объекту. н/д
Неизменяемый интерфейс Immutable interface Создание неизменяемого объекта. н/д
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. н/д
Канал событий 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 (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. Да
Фабричный метод Factory method Определяет интерфейс для создания объекта, но оставляет подклассам решение о том, какой класс инстанцировать. Нет
Мультитон Multiton Гарантирует, что класс имеет поименованные экземпляры объекта и обеспечивает глобальную точку доступа к ним. Нет
Прототип Prototype Определяет интерфейс создания объекта через клонирование другого объекта вместо создания через конструктор. Нет
Одиночка Singleton Класс, который может иметь только один экземпляр. 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. Да
Компоновщик Composite Объект, который объединяет в себе объекты, подобные ему самому. Да
Фасад Facade Объект, который абстрагирует работу с несколькими классами, объединяя их в единое целое. Нет
Приспособленец Flyweight Это объект, представляющий себя как уникальный экземпляр в разных местах программы, но фактически не являющийся таковым. Да
Поведенческие шаблоны (Behavioral) определяют взаимодействие между объектами, увеличивая таким образом его гибкость.
Цепочка обязанностей Chain of responsibility Предназначен для организации в системе уровней ответственности. Да
Интерпретатор Interpreter Решает часто встречающуюся, но подверженную изменениям, задачу. Да
Посредник Mediator Обеспечивает взаимодействие множества объектов, формируя при этом слабую связанность и избавляя объекты от необходимости явно ссылаться друг на друга. Да
Null Object Null Object Предотвращает нулевые указатели, предоставляя объект «по умолчанию». Да
Слуга [en] Servant Используется для обеспечения общей функциональности группе классов. Нет
Состояние State Используется в тех случаях, когда во время выполнения программы объект должен менять своё поведение в зависимости от своего состояния. Да
Шаблонный метод Template method Определяет основу алгоритма и позволяет наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом. Да
Простая политика Simple Policy Нет
Одноразовый посетитель [en] Single-serving visitor Оптимизирует реализацию шаблона посетитель, который инициализируется, единожды используется, и затем удаляется. Нет
Читайте также:  Электроэпилятор своими руками как сделать

Частные [ править | править код ]

Шаблоны параллельного программирования (Concurrency) [ править | править код ]

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

Название Оригинальное название Описание
Active Object Active object Служит для отделения потока выполнения метода от потока, в котором он был вызван. Использует шаблоны асинхронный вызов методов и планировщик.
Balking [en] Balking Служит для выполнения действия над объектом только тогда, когда тот находится в корректном состоянии.
Binding properties Комбинирует несколько наблюдателей для обеспечения синхронизации свойств в различных объектах [7] .
Обмен сообщениями [en] Messaging pattern, 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.
Event-based asynchronous [en] Event-Based Asynchronous Адресные проблемы с Асинхронным паттерном, которые возникают в программах с несколькими потоками [8] .
Охраняемая приостановка Guarded suspension Используется для блокировки выполнения действия над объектом только тогда, когда тот находится в корректном состоянии.
Half-Sync/Half-Async
Leaders/followers
Блокировка Lock Один поток блокирует ресурс для предотвращения доступа или изменения его другими потоками [9] .
Монитор Monitor Объект, предназначенный для безопасного использования более чем одним потоком.
Reactor [en] Reactor Предназначен для синхронной передачи запросов сервису от одного или нескольких источников.
Read/write lock [en] 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.
Thread pool [en] Предоставляет пул потоков для обработки заданий, представленных обычно в виде очереди.
Thread-Specific Storage [en] 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 [ править | править код ]

  • Model-View-Controller (MVC) Модель-представление-контроллер.
  • Model-View-Presenter.
  • Model-View-ViewModel.
  • Presentation-Abstraction-Control.
  • Naked objects[10] .
  • Hierarchical Model-View-Controller.
  • View-Interactor-Presenter-Entity-Routing (VIPER).

Enterprise [ править | править код ]

  • 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 Служб.
  • 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.

Прочие [ править | править код ]

Другие типы шаблонов [ править | править код ]

Также на сегодняшний день существует ряд других шаблонов.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector