Шаблоны проектирования © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam. - презентация

1 Шаблоны проектирования © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

2 План 1.Что такое шаблон проектирования? 2.История появления 3.Преимущества и критика 4.Классификация шаблонов проектирования 5.Примеры некоторых шаблонов 6.Моделирование системы управления движением транспорта на перекрёстке с применением шаблонов проектирования 7.Выводы © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

3 Что такое шаблон проектирования? В процессе написания программ (как и в любой другой области) часто возникают похожие задачи Мы люди умные, и не хотим каждый раз изобретать велосипед Мы можем выработать готовые решения для этих похожих задач и использовать их при необходимости Такие решения называются шаблонами проектирования © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

4 Что такое шаблон проектирования? Шаблон проектирования (англ. design pattern) – многократно используемое решение распространённых задач при разработке программного обеспечения По своей сути шаблоны – абстрактные решения для абстрактных ситуаций © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

5 История появления Шаблоны проектирования впервые появились в строительной архитектуре. Человечество на сегодняшний день: 5000 лет опыта в строительстве Менее 40 лет опыта в разработке и проектировании ПО © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

6 История появления Кристофер Александер – архитектор и филосов. Две книги: – A Pattern Labguage: Towns, Buildings, Constructions (Oxford University Press, 1977) – The Timeless Way of Building (Oxford University Press, 1979) Идеи нашли применение в других областях, в том числе и в разработке ПО Эрик Гамма, Ричард Хелм, Джон Влиссидес, Ральф Джонсон – Design patterns или Gang of Four (GoF – банда четырёх), середина 1990-х © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

7 Преимущества Стандартный шаблон можно хорошо проработать – В программах, где он используется, будет меньше кода, потенциально содержащего ошибки Упрощается коммуникации между программистами – Если два программиста говорят об одной и той же ситуации, но разными словами – они могут друг друга не понять. Когда они говорят о стандартном шаблоне – обоим понятно, о чём идёт речь. Легче разобраться в новой системе – в ней есть знакомые части Всё придумано до нас – Существует множество готовых и проверенных временем стандартных шаблонов. Мы можем использовать их в своих программах. © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

8 Критика Зацикливание на шаблонах порождает привычку пользоваться стандартными вещами и отучает нас придумывать нестандартные решения Шаблоны часто применяют слепо, поэтому использование оборачивается только ограничениями: –У нас есть задача - этот шаблон лучше всего её решает - выбираем его – правильно –Я знаю клёвый шаблон - давайте подгоним под него задачу – не правильно © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

9 Классификация шаблонов 1.Основные 2.Порождающие 3.Структурные 4.Поведенческие 5.Разделяющие 6.Архитектурные 7.Анти-паттерны И другие © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

10 Классификация шаблонов Основные – Фундаментальные, используются другими шаблонами – Delegation, interface, abstract superclass, interface and abstract class, immutable, marker-interface, proxy Порождающие – Делают систему независимой от процесса создания объектов – Factory method, abstract factory, builder, prototype, singleton, object pool © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

11 Классификация шаблонов Структурные – Описывают, как их классов и объектов собираются более крупные структуры – Adapter, iterator, bridge, facade, flyweight, dynamic linkage, virtual proxy, decorator, cache management Поведенческие – Определяют взаимодействие между компонентами. Увеличивают его гибкость – Chain of responsibility, command, little language, mediator, snapshot, observer, state, null object, strategy, template method, visitor © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

12 Классификация шаблонов Разделяющие – Описывают, как их классов и объектов собираются более крупные структуры – Filter, composite, read only interface Архитектурные – Определяют взаимодействие между компонентами. Увеличивают его гибкость – Modev-view-controller, layer, client-server… Анти-паттерны – Как не следует поступать при разработке программ © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

13 Singleton (одиночка) Гарантирует, что у класса есть только один экземпляр и предоставляет к нему глобальную точку доступа Сам класс запрещает создание дополнительных экземпляров © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

14 Singleton (одиночка) © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam public class Singleton { private static Singleton instanse; private String message = "Hello, I'm Singleton!"; private Singleton() { } public static synchronized Singleton getInstanse() { if (instanse == null) { instanse = new Singleton(); } return instanse; } public void say() { System.out.println(message); }

15 Singleton (одиночка) Цели использования – Централизованное управление ресурсом – Доступ из любой точки программы – Создание объекта требует больших ресурсов памяти или процессора Примеры из жизни – Текущий проигрываемый аудиоклип в плеере – Текущий пользователь в системе – Класс для локализации – Spring application context (требует много ресурсов) – Hibernate session factory (при создании считывает конфигурационные файлы) © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

16 Builder (Строитель) Делает процесс создания сложного объекта независимым от того, как конструируются сами части и как они взаимодействуют между собой © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam Состоит из нескольких ролей: – Builder - определяет, как создаются части – Director - определяет, как собирается объект из этих частей – Product – то, что получается в результате построения

17 Builder (Строитель) class Pizza { private String dough = ""; private String sauce = ""; private String topping = ""; public void setDough(String dough) { this.dough = dough; } public void setSauce(String sauce) { this.sauce = sauce; } public void setTopping(String topping) { this.topping = topping; } abstract class PizzaBuilder { protected Pizza pizza; public Pizza getPizza() { return pizza; } public void createNewPizzaProduct() { pizza = new Pizza(); } public abstract void buildDough(); public abstract void buildSauce(); public abstract void buildTopping(); } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

18 Builder (Строитель) class HawaiianPizzaBuilder extends PizzaBuilder { public void buildDough() { pizza.setDough("cross"); } public void buildSauce() { pizza.setSauce("mild"); } public void buildTopping() { pizza.setTopping("ham+pineapple"); } class SpicyPizzaBuilder extends PizzaBuilder { public void buildDough() { pizza.setDough("pan baked"); } public void buildSauce() { pizza.setSauce("hot"); } public void buildTopping() { pizza.setTopping("pepperoni+salami"); } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

19 Builder (Строитель) class Cook { private PizzaBuilder pizzaBuilder; public void setPizzaBuilder(PizzaBuilder pb) { pizzaBuilder = pb; } public Pizza getPizza() { return pizzaBuilder.getPizza(); } public void constructPizza() { pizzaBuilder.createNewPizzaProduct(); pizzaBuilder.buildDough(); pizzaBuilder.buildSauce(); pizzaBuilder.buildTopping(); } public class BuilderExample { public static void main(String[] args) { Cook cook = new Cook(); PizzaBuilder hawaiianPizzaBuilder = new HawaiianPizzaBuilder(); PizzaBuilder spicyPizzaBuilder = new SpicyPizzaBuilder(); cook.setPizzaBuilder(hawaiianPizzaBuilder); cook.constructPizza(); Pizza hawaiian = cook.getPizza(); cook.setPizzaBuilder(spicyPizzaBuilder); cook.constructPizza(); Pizza spicy = cook.getPizza(); } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

20 Builder (Строитель) Пример – выборка товара из каталога по сложным критериям При выборе очередного критерия могут открываться новые контролы – Builder: различный для каждого типа товаров: фотоаппараты, телефоны, плееры – Director: форма выбора товара – Product: объект с критериями © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

21 Abstract Factory (Абстрактная фабрика) Интерфейс для создания группы объектов, принадлежащих одному набору классов и используемых совместно Конкретные классы созданных объектов неизвестны Система не зависит от того, как создаются объекты Логика создания объектов спрятана в фабрике Абстрактная фабрика переопределяется в конкретных классах-фабриках © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

22 Abstract Factory (Абстрактная фабрика) Пример – различные стили пользовательского интерфейса Мы хотим, чтобы в программе можно было поменять тему оформления Описываем интерфейс для фабрики, которая создаёт компоненты пользовательского интерфейса: кнопки, текстовые поля, списки, и т.д. Для каждой темы делаем свою реализацию фабрики В любой момент подменяем одну фабрику на другую и внешний вид пользовательского интерфейса меняется © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

23 Abstract Factory (Абстрактная фабрика) © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

24 Abstract Factory (Абстрактная фабрика) interface GUIFactory { public Button createButton(); } class WinFactory implements GUIFactory { public Button createButton() { return new WinButton(); } class LinuxFactory implements GUIFactory { public Button createButton() { return new LinuxButton(); } interface Button { public void paint(); } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

25 Abstract Factory (Абстрактная фабрика) class WinButton implements Button { public void paint() { System.out.println("I'm a WinButton"); } class LinuxButton implements Button { public void paint() { System.out.println("I'm an LinuxButton"); } class Application { public Application(GUIFactory factory) { Button button = factory.createButton(); button.paint(); } public class Main{ public static void main(String[] args) { new Application(new LinuxFactory()); } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

26 Observer (Наблюдатель) Второе название – издатель-подписчик Один объект генерирует события, другие объекты эти события получает и на них реагируют Первый объект – наблюдаемый (издатель), остальные – наблюдатели (подписчики) © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

27 Observer (Наблюдатель) © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam import java.util.Observable; import java.util.Observer; public class MyObservable extends Observable { public void doSomething() { setChanged(); notifyObservers(); } public class MyObserver implements Observer { public void update (Observable obj, Object arg) { System.out.println(updated); } public class MyApp { public static void main(String args[]) { MyObservable a = new MyObservable(); MyObserver b = new MyObserver(); a.addObserver(b); a.doSomething(); }

28 Observer (Наблюдатель) Пример – диаграмма в Excell, построенная по таблице При изменении данных в таблице – меняется диаграмма Объект диаграмма является подписчиком всех объектов ячейка © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

29 Strategy (Стратегия) Общий интерфейс для абстрактного алгоритма Разные реализации конкретных алгоритмов - стратегий Если нужно поменять алгоритм – подменяем одну стратегию другой © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

30 Strategy (Стратегия) class StrategyExample { public static void main(String[] args) { IStragtegy myStrategy; myStrategy = new AddStrategy(); int resultA = myStrategy.count (3,4); myStrategy = new MultStrategy(); int resultB = myStrategy.count(3,4); } interface Strategy { int count(int a, int b); } class AddStrategy implements IStrategy { public int count(int a, int b) { return a + b; } class MultStrategy implements IStrategy { public int count(int a, int b) { return a * b; } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

31 Strategy (Стратегия) Пример 1 – фильтры в Photoshop, на вход подаётся изображение, к нему применяется стратегия-фильтр Пример 2 – поведение ботов в играх Пример 3 – Forex, каждый участник может реализовать свой алгоритм, который будет вести торги © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

32 Facade (Фасад) Единая обёртка для группы классов Мы пользуемся фасадом и не думаем о классах, которые лежат за ним Уменьшается связанность между частями системы © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

33 Facade (Фасад) Пример – любые библиотеки и модули, у которых описан интерфейс © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

34 Facade (Фасад) public class MessageHeader { private String from; private String to; public String getFrom() { return from; } public void setFrom(String from) { this.from = from; } public String getTo() { return to; } public void setTo(String to) { this.to = to; } public class MessageBody { private String text; public String getText() { return text; } public void setText(String text) { this.text = text; } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

35 Facade (Фасад) public class Message { private MessageBody body; private MessageHeader header; public MessageBody getBody() { return body; } public void setBody(MessageBody body) { this.body = body; } public MessageHeader getHeader() { return header; } public void setHeader(MessageHeader header) { this.header = header; } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

36 Facade (Фасад) public class MessageCreatorFacade { private Message message = new Message(); private MessageHeader mh = new MessageHeader(); private MessageBody mb = new MessageBody(); public void setFrom(String from) { mh.setFrom(from); } public void setTo(String to) { mh.setTo(to); } public void setText(String text) { mb.setText(text); } public Message createMessage() { message.setBody(mb); message.setHeader(mh); return message; } © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

37 Моделируем систему управления движением на перекрёстке Первый этап: GUI-интерфейс – вместо светофоров – картинки – вместо датчиков – кнопки Представление и логика должны быть разделены Кнопки и картинки должны замениться драйверами реальных устройств Переключение светофоров задаётся таблицей © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

38 Таблица переключений © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam xx xxxx 2 xxxx xx 3 x x xx 4xx xx xxxx 5xx xxxx xx 6 x x xx 7 xxxx xx xx 8x xx xxx 9x x 10xx xxxx 11xxxx xx xx 12 x x 13 xxxxx x 14 xxxxx x

39 Требования к системе Система должна иметь возможность конфигурирования под любой перекрёсток Система должна поддерживать различные режимы работы: – обычное переключение – ночной режим (датчик фиксирует приближение автомобиля ему включается зелёный свет) К системе должны подключаться любые модели и типы светофоров В любой момент пересечение перекрёстка должно быть безопасным © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

40 Мой вариант © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

41 Выводы Использование паттернов избавляет от необходимости постоянно придумывать новые решения – В этом как положительный, так и отрицательный момент Использование паттернов делает код менее подверженным ошибкам Знание паттернов упрощает коммуникации между разработчиками Зная паттерны - мы имеем множество готовых решений наших задач © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam

42 Спасибо за внимание Презентацию можно будет найти на сайте, когда он откроется © Belarus Open Source Laboratory, TechDay Докладчик: Константин Слисенко, JazzTeam