Паттерны проектирования
Общее
Шаблоны проектирования, или паттерны проектирования, - это повторно используемые решения для типичных проблем, которые возникают в процессе проектирования программного обеспечения. Они позволяют архитекторам и разработчикам использовать опыт и знания, которые накоплены ранее, чтобы ускорить процесс разработки, улучшить качество создаваемого ПО и упростить его поддержку.
Паттерны проектирования можно разделить на несколько категорий в зависимости от того, как они решают конкретные проблемы в проектировании ПО:
Порождающие паттерны (Creational patterns) — определяют, как создавать объекты и классы в системе. Эти паттерны помогают избежать прямой зависимости между компонентами системы и облегчают добавление новых объектов без изменения существующего кода. К примеру, паттерн Factory Method определяет интерфейс для создания объектов, но позволяет субклассам выбрать класс создаваемого объекта.
Структурные паттерны (Structural patterns) — определяют, как компоновать объекты и классы в более крупные структуры. Эти паттерны помогают решать задачи, связанные с композицией объектов, агрегацией и наследованием. Например, паттерн Adapter позволяет использовать классы с несовместимыми интерфейсами вместе.
Поведенческие паттерны (Behavioral patterns) — определяют, как объекты взаимодействуют между собой и каким образом они выполняют свои функции. Эти паттерны помогают управлять взаимодействием между объектами, управлять распределенными системами и обеспечивать обратную связь в системе. К примеру, паттерн Observer определяет зависимость “один-ко-многим” между объектами, так что при изменении состояния одного объекта все зависимые от него объекты уведомляются и обновляются.
Каждый паттерн проектирования имеет свои преимущества и недостатки, а также свои сферы применения. Разработчикам необходимо тщательно выбирать и применять паттерны проектирования в соответствии с требованиями конкретного проекта.
Порождающие паттерны
Порождающие паттерны - это один из видов паттернов проектирования, которые относятся к созданию объектов. Эти паттерны обеспечивают механизм создания объектов, который способствует уменьшению связанности и увеличению гибкости в приложениях.
Всего существует 5 порождающих паттернов:
Фабричный метод (Factory Method) - позволяет определять интерфейс для создания объектов, но позволяет подклассам выбирать класс создаваемого экземпляра. Таким образом, решение о том, какой конкретно объект нужно создать, переносится на подклассы.
Абстрактная фабрика (Abstract Factory) - предоставляет интерфейс для создания семейств взаимосвязанных объектов, не специфицируя их конкретных классов.
Одиночка (Singleton) - гарантирует, что у класса есть только один экземпляр, и предоставляет глобальную точку доступа к этому экземпляру.
Строитель (Builder) - предоставляет способ создания сложных объектов, позволяя разбить процесс создания на отдельные шаги. Таким образом, можно создавать различные варианты объекта, используя один и тот же процесс создания.
Прототип (Prototype) - позволяет создавать новые объекты путем копирования уже существующих объектов. Таким образом, мы можем создавать новые объекты, не связываясь с конкретными классами объектов.
Каждый из этих паттернов предоставляет свой собственный механизм создания объектов, который может быть использован в зависимости от требований проектируемой системы.
Структурные паттерны
Структурные паттерны проектирования являются одним из типов паттернов и определяют, как объекты связаны друг с другом для построения более крупных структур.
Адаптер (Adapter) - конвертирует интерфейс одного класса в интерфейс другого, который ожидают клиенты. Позволяет совместно использовать классы с несовместимыми интерфейсами.
Мост (Bridge) - разделяет абстракцию от ее реализации. Позволяет изменять каждую из них независимо.
Компоновщик (Composite) - представляет объекты в виде древовидной структуры. Позволяет работать с отдельными объектами и группами объектов единообразно.
Декоратор (Decorator) - добавляет новые обязанности объекту, не изменяя его класс. Позволяет динамически изменять поведение объектов.
Фасад (Facade) - предоставляет упрощенный интерфейс для доступа к сложной системе. Позволяет скрыть сложность системы и упростить взаимодействие с ней.
Приспособленец (Flyweight Приспособленец) - минимизирует использование памяти при работе с большим количеством мелких объектов. Позволяет использовать одни и те же объекты в разных контекстах.
Заместитель (Proxy) - предоставляет заместитель для другого объекта, чтобы контролировать доступ к нему. Позволяет управлять доступом к объектам и обеспечить дополнительную логику при доступе к ним.
Структурные паттерны проектирования позволяют организовывать объекты и классы программного обеспечения в более сложные структуры, облегчают работу с объектами и уменьшают затраты на создание новых объектов.
Поведенческие паттерны
Поведенческие паттерны - это группа паттернов проектирования, которые определяют взаимодействие объектов и способы коммуникации между ними. Они описывают алгоритмы и механизмы взаимодействия объектов и помогают организовать более гибкую и расширяемую архитектуру.
Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных поведенческих паттернов:
Шаблонный метод (Template Method) - определяет основной скелет алгоритма, но делегирует реализацию отдельных шагов дочерним классам.
Стратегия (Strategy) - определяет набор алгоритмов, инкапсулирует каждый из них и делает их взаимозаменяемыми.
Наблюдатель (Observer) - определяет зависимость “один-ко-многим” между объектами, таким образом, когда один объект изменяется, все зависимые от него объекты уведомляются и автоматически обновляются.
Состояние (State) - позволяет объекту менять свое поведение в зависимости от своего состояния.
Цепочка обязанностей (Chain of Responsibility) - позволяет передавать запросы последовательно по цепочке обработчиков, пока один из них не обработает запрос.
Итератор (Iterator) - предоставляет способ последовательного доступа ко всем элементам составного объекта без раскрытия его внутренней структуры.
Посредник (Mediator) - определяет объект, который инкапсулирует способ взаимодействия между другими объектами, тем самым уменьшая связность между ними.
Посетитель (Visitor) - позволяет добавлять новые операции к объектам без изменения классов, к которым они принадлежат.
Эти паттерны обеспечивают эффективное использование и расширение объектов в системе, позволяют упростить ее архитектуру и увеличить ее гибкость. Они также помогают повысить читабельность, сопровождаемость и переносимость кода.
Антипаттерны
Антипаттерны в проектировании ПО - это практики или подходы, которые кажутся эффективными на первый взгляд, но на самом деле могут привести к нежелательным последствиям, таким как сложность, неэффективность и неустойчивость системы. Они могут возникнуть из-за различных факторов, таких как недостаточное понимание требований, недостаток опыта, желание избежать трудоемких задач или просто неосознанное применение известных практик.
Примеры антипаттернов в проектировании ПО включают “Copy and Paste Programming”, когда разработчики просто копируют и вставляют код без понимания его деталей, “God Object”, когда существует один класс, который содержит слишком много функциональности и становится центром всей системы, “Spaghetti Code”, когда код становится слишком запутанным и трудно читаемым, и “Magic Numbers”, когда в коде присутствуют некоторые значения, которые не имеют ясного объяснения и создают путаницу для других разработчиков.
Чтобы избежать антипаттернов, необходимо следовать лучшим практикам проектирования ПО, таким как принципы SOLID, избегать жесткой зависимости между компонентами, избегать повторения кода и следовать принципу “разделяй и властвуй”, разделяя сложные задачи на более простые и понятные. Также важно следить за качеством кода и делать его более читаемым и понятным для других разработчиков.
SOLID
SOLID - это аббревиатура, которая описывает пять основных принципов объектно-ориентированного проектирования и программирования:
Single Responsibility Principle (Принцип единственной ответственности) - класс должен иметь только одну ответственность, то есть только одну причину для изменения.
Open/Closed Principle (Принцип открытости/закрытости) - программные сущности (классы, модули, функции и т. д.) должны быть открыты для расширения, но закрыты для изменения.
Liskov Substitution Principle (Принцип подстановки Барбары Лисков) - объекты в программе должны быть заменяемыми на экземпляры их подтипов без изменения правильности выполнения программы.
Interface Segregation Principle (Принцип разделения интерфейса) - клиенты не должны зависеть от интерфейсов, которые они не используют. Интерфейсы должны быть разделены таким образом, чтобы клиенты могли реализовывать только те методы, которые они действительно используют.
Dependency Inversion Principle (Принцип инверсии зависимостей) - зависимости должны быть относительно абстракций, а не относительно конкретных реализаций. Высокоуровневые модули не должны зависеть от низкоуровневых модулей. Оба типа модулей должны зависеть от абстракций.
Принципы SOLID помогают создавать гибкие, расширяемые и легко поддерживаемые системы, которые могут быть изменены без воздействия на другие части системы. При использовании этих принципов программисты могут легко разбивать свою программу на модули, избегая сильной связности между ними, что делает код более читаемым и понятным.
Плюсы
Паттерны проектирования имеют множество преимуществ, среди которых:
Решение типовых проблем: Паттерны представляют собой проверенные и оптимальные решения типичных проблем, возникающих при проектировании ПО, что позволяет уменьшить количество ошибок и сократить время разработки.
Увеличение переиспользуемости: Паттерны обеспечивают гибкость и возможность многократного использования компонентов системы в разных контекстах и приложениях.
Улучшение расширяемости: Паттерны облегчают добавление новых функций и изменение существующих без значительного изменения архитектуры системы.
Повышение понимания: Паттерны помогают разработчикам лучше понимать архитектуру системы, упрощают коммуникацию между участниками проекта и повышают качество документации.
Улучшение тестируемости: Паттерны позволяют разрабатывать более тестируемые и контролируемые компоненты, что повышает надежность и качество системы.
Снижение затрат на разработку: Паттерны помогают сократить затраты на разработку и поддержку ПО, благодаря повторному использованию готовых компонентов и снижению количества ошибок.
Снижение рисков: Использование проверенных паттернов уменьшает риски возникновения ошибок и упрощает поддержку и сопровождение системы.
Минусы
Несмотря на то, что паттерны проектирования имеют много преимуществ, они также имеют и некоторые недостатки:
Сложность: паттерны могут быть сложными и трудными в понимании, особенно для начинающих разработчиков.
Неприменимость: в некоторых случаях паттерны могут быть неприменимы, если контекст разработки не соответствует требованиям, предъявляемым к паттерну.
Необходимость модификации: иногда необходимо модифицировать паттерны для того, чтобы они соответствовали конкретным требованиям.
Избыточность: использование паттернов может привести к избыточному коду и увеличению сложности приложения.
Несовместимость: иногда паттерны могут быть несовместимы с другими паттернами, которые используются в приложении.
Зависимость от контекста: паттерны могут зависеть от контекста приложения, что может привести к их неправильному использованию.
Несмотря на эти недостатки, паттерны проектирования являются полезным инструментом для разработчиков, поскольку они позволяют создавать более эффективный, структурированный и легко поддерживаемый код.
Поделиться:
