15 Структурные Шаблоны. Decorator

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

Decorator

Проблема Возложить дополнительные обязанности (прозрачные для клиентов) на отдельный объект, а не на класс в целом.

Рекомендации Применение нескольких "Декораторов" к одному "Компоненту" позволяет произвольным образом сочетать обязанности, например, одно свойство можно добавить дважды.

Решение Динамически добавить объекту новые обязанности не прибегая при этом к порождению подклассов (наследованию). "Компонент"определяет интерфейс для обьектов, на которые могут быть динамически возложены дополнительные обязанности, "КонкретныйКомпонент" определяет объект, на который возлагаются дополнительные обязанности, "Декоратор" - хранит ссылку на объект "Компонент" и определяет интерфейс, соответствующий интерфейсу "Компонента". "КонкретныйДекоратор" возлагает дополнительные обязанности на компонент. "Декоратор" переадресует запросы объекту "Компонент".

16 Структурные Шаблоны. Proxy, Composite

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

Proxy

Проблема Необходимо управлять доступом к объекту, так чтобы создавать громоздкие объекты "по требованию".

Решение Создать суррогат громоздкого объекта. "Заместитель" хранит ссылку, которая позволяет заместителю обратиться к реальному субъекту (объект класса "Заместитель" может обращаться к объекту класса "Субъект", если интерфейсы "РеальногоСубъекта" и "Субъекта" одинаковы). Поскольку интерфейс "РеальногоСубъекта" идентичен интерфейсу "Субъекта", так, что "Заместителя" можно подставить вместо "РеальногоСубъекта", контролирует доступ к "РеальномуСубъекту", может отвечать за создание или удаление "РеальногоСубъекта". "Субъект" определяет общий для "РеальногоСубъекта" и "Заместителя" интерфейс, так, что "Заместитель" может быть использован везде, где ожидается "РеальныйСубъект". При необходимости запросы могут быть переадресованы "Заместителем" "РеальномуСубъекту".

"Заместитель" может иметь и другие обязанности, а именно:

удаленный "Заместитель" может отвечать за кодирование запроса и его аргументов и отправку закодированного запроса реальному "Субъекту",

виртуальный "Заместитель" может кэшировать дополнительную информацию о реальном "Субъекте", чтобы отложить его создание,

защищающий "Заместитель" может проверять, имеет ли вызывающий объект необходимые для выполнения запроса права.

Composite

Проблема Как обрабатывать группу или композицию структур обьектов одновременно?

Решение Определить классы для композитных и атомарных обьектов таким образом, чтобы они реализовывали один и тот же интерфейс.

17 Порождающие Шаблоны. Lazy Initialization, Singleton

Порождающие шаблоны (англ. Creational patterns) — 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.

lazy Initialization

Приём в программировании, когда некоторая ресурсоёмкая операция (создание объекта, вычисление значения) выполняется непосредственно перед тем, как будет использован её результат. Таким образом, инициализация выполняется «по требованию», а не заблаговременно. Аналогичная идея находит применение в самых разных областях: например, компиляция «на лету».

Частный случай ленивой инициализации — создание объекта в момент обращения к нему — является одним из порождающих шаблонов проектирования.

Достоинства

- Инициализация выполняется только в тех случаях, когда она действительно необходима;

- ускоряется начальная инициализация.

Недостатки

- Невозможно явным образом задать порядок инициализации объектов;

- возникает задержка при обращении к объекту.

Singleton

Проблема Какой специальный класс должен создавать "Абстрактную фабрику", и как получить к ней доступ? Необходим лишь один экземпляр специального класса, различные объекты должны обращаться к этому экземпляру через единственную точку доступа.

Решение Создать класс и определить статический метод класса, возвращающий этот единственный объект.

Рекомендации Разумнее создавать именно статический экземпляр специального класса, а не объявить требуемые методы статическими, поскольку при использовании методов экземпляра можно применить механизм наследования и создавать подклассы. Статические методы в языках программирования не полиморфны и не допускают перекрытия в производных классах.

Решение на основе создания экземпляра является более гибким, поскольку впоследствии может потребоваться уже не единственный экземпляр объекта, а несколько.

18 Порождающие Шаблоны. Object Pool

Порождающие шаблоны (англ. Creational patterns) — 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.

Object Pool

Пул объектов предназначен хранения готовых к использованию объектов. Когда системе требуется новый объект, он запрашивается из Пула, минуя процесс порождения. А после использования возвращается обратно в Пул вместо уничтожения. Шаблон применяется для повышения производительности, если:

объекты часто создаются и уничтожаются;

в системе существует ограниченное количество объектов типа, хранимого в Пуле;

создание и/или уничтожение объекта являются очень затратными операциями.

Пул объектов может работать как с интерфейсами, так и с конкретными реализациями. Все зависит от архитектуры разрабатываемой системы и решаемых задач. Можно встретить совместное использование Пула объектов и других порождающих шаблоном. Плохой практикой является сокрытие Пула за другими порождающими шаблонами. Разработчик, использующий такой "гибрид", не ожидает требования возврата объектов от, например, Фабричного метода. А без возврата объектов сам Пул становится бесполезным. В таком случае, правильным решением будет отделить реализацию классов, создающих объекты.

Особенности использования

Пул ничего не знает о реализации хранимых объектов. Поэтому возвращенный объект считается находящимся в неопределенном состоянии. Для дальнейшего использования его необходимо перевести в начальное состояние (сбросить). Наличие объектов в неопределенном состоянии превращает Пул в "объектную клоаку" (object cesspool).

Повторное использование может стать причиной утечки конфиденциальной информации. Поэтому необходимо обязательно очищать поля с секретными данными при сбросе, а сами данные – затирать или уничтожать.

Возможна ситуация, когда в Пуле не останется свободных объектов. В этом случае реакция на запрос может быть следующая:

увеличение размера пула;

отказ в выдачи объекта;

постановка в очередь и ожидание освобождения объекта.

19 Порождающие Шаблоны. Prototype

Порождающие шаблоны (англ. Creational patterns) — 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.

Prototype

Проблема Система не должна зависеть от того, как в ней создаются, компонуются и представляются объекты.

Решение Создавать новые объекты с помощью паттерна - прототипа. "Прототип" объявляет интерфейс для клонирования самого себя. "Клиент" создает новый объект, обращаясь к "Прототипу" с запросом клонировать "Прототип".

Паттерн используется чтобы:

избежать дополнительных усилий по созданию объекта стандартным путем (имеется в виду использование ключевого слова 'new', когда вызывается конструктор не только самого объекта, но и конструкторы всей иерархии предков объекта), когда это непозволительно дорого для приложения.

избежать наследования создателя объекта (object creator) в клиентском приложении, как это делает паттерн abstract factory.

Используйте этот шаблон проектирования, 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 нескольких различных состояний. Может оказаться удобнее установить соответствующее число прототипов и клонировать их, а не инстанцировать каждый раз класс вручную в подходящем состоянии.

20 Порождающие Шаблоны. Builder

Порождающие шаблоны (англ. Creational patterns) — 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.

Builder

Проблема Отделить конструирование сложного объекта от его представления, так чтобы в результате одного и того же конструирования могли получаться различные представления. Алгоритм создания сложного объекта не должен зависеть от того, из каких частей состоит объект и как они стыкуются между собой.

Решение "Клиент" создает объект - распорядитель "Директор" и конфигурирует его объектом - "Строителем". "Директор" уведомляет "Строителя" о том, что нужно построить очередную часть "Продукта". "Строитель" обрабатывает запросы "Директора" и добавляет новые части к "Продукту", затем "Клиент" забирает "Продукт" у "Строителя".

Преимущества Объект "Строитель" предоставляет объекту "Директор" абстрактный интерфейс для конструирования "Продукта", за которым может скрыть представление и внутреннюю структуру продукта, и , кроме того, процесс сборки "продукта". Для изменения внутреннего представления "Продукта" достаточно определить новый вид "Строителя". Данный паттерн изолирует код, реализующий создание объекта и его представление.

21 Порождающие Шаблоны. Factory Method

Порождающие шаблоны (англ. Creational patterns) — 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.

Factory Method

Проблема Определить интерфейс для создания объекта, но оставить подклассам решение о том, какой класс инстанцировать, то есть, делегировать инстанцирование подклассам.

Решение Абстрактный класс "Создатель" объявляет ФабричныйМетод, возвращающий объект типа "Продукт" (абстрактный класс, определяющий интерфейс обьектов, создаваемых фабричным методом). "Создатель также может определить реализацию по умолчанию ФабричногоМетода, который возвращает "КонкретныйПродукт". "КонкретныйСоздатель" замещает ФабричныйМетод, возвращающий объект "КонкретныйПродукт". "Создатель" "полагается" на свои подклассы в определении ФабричногоМетода, возвращающего объект "КонкретныйПродукт".

Преимущества Избавляет проектировщика от необходимости встраивать в код зависящие от приложения классы.

Недостатки Возникает дополнительный уровень подклассов.

22 Порождающие Шаблоны. Abstract Factory

Порождающие шаблоны (англ. Creational patterns) — 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.

Abstract Factory

Проблема Создать семейство взаимосвязанных или взаимозависимых обьектов (не специфицируя их конкретных классов).

Решение Создать абстрактный класс, в котором объявлен интерфейс для создания конкретных классов.

Пример Какой класс должен отвечать за создание обьектов - адаптеров при использовании паттерна "Адаптер".

Если подобные объекты создаются неким объектом уровня предметной области, то будет нарушен принцип разделения обязанностей.

Преимущества Изолирует конкретные классы. Поскольку "Абстрактная фабрика" инкапсулирует ответственность за создание классов и сам процесс их создания, то она изолирует клиента от деталей реализации классов. Упрощена замена "Абстрактной фабрики", поскольку она используется в приложении только один раз при инстанцировании.

Недостатки Интерфейс "Абстрактной фабрики" фиксирует набор обьектов, которые можно создать. Расширение "Абстрактной фабрики" для изготовления новых обьектов часто затруднительно.