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;
- порождающие;
- поведенческие.
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?
Типы шаблонов проектирования[править|править вики-текст]
Основные[править|править вики-текст]
| 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 | |
| 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. | Н/д | |
| Неизменяемый интерфейс | Immutable interface | Созданиенеизменяемого объекта. | Н/д | |
| Интерфейс | Interface | Общий метод для структурирования компьютерных программ для того, чтобы их было проще понять. | 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 | |
| Контейнер свойств | Property container | Позволяет добавлять дополнительные свойства для класса в контейнер (внутри класса), вместо расширения класса новыми свойствами. | Н/д | |
| Event Channel | 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. | Н/д | |
| 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 | |
| Строитель | Builder | Класс, который представляет собой интерфейс для создания сложного объекта. | Да | |
| Фабричный метод | Factory method | Определяет интерфейс для создания объекта, но оставляет подклассам решение о том, какой класс инстанцировать. | Да | |
| Отложенная инициализация | Lazy initialization | Объект, инициализируемый во время первого обращения к нему. | Нет | |
| Пул одиночек | Multiton | Гарантирует, что класс имеет поименованные экземпляры объекта и обеспечивает глобальную точку доступа к ним. | Нет | |
| Объектный пул | Object pool | Класс, который представляет собой интерфейс для работы с набором инициализированных и готовых к использованию объектов. | Нет | |
| Прототип | Prototype | Определяет интерфейс создания объекта через клонирование другого объекта вместо создания через конструктор. | Да | |
| Получение ресурса есть инициализация | Resource acquisition is initialization (RAII) | Получение некоторого ресурса совмещается с инициализацией, а освобождение — с уничтожением объекта. | Нет | |
| Одиночка | Singleton | Класс, который может иметь только один экземпляр. | Да | |
| Структурные шаблоны(Structural)определяют различные сложные структуры, которые изменяютинтерфейсуже 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 | |
| Мост | Bridge | Структура, позволяющая изменять интерфейс обращения и интерфейс реализации класса независимо. | Да | |
| Компоновщик | Composite | Объект, который объединяет в себе объекты, подобные ему самому. | Да | |
| Декораторили Wrapper/Обёртка | Decorator | Класс, расширяющий функциональность другого класса без использования наследования. | Да | |
| Фасад | Facade | Объект, который абстрагирует работу с несколькими классами, объединяя их в единое целое. | Да | |
| Единая точка входа | Front controller | Обеспечивает унифицированный интерфейс для интерфейсов в подсистеме. Front Controller определяет высокоуровневый интерфейс, упрощающий использование подсистемы. | Нет | |
| Приспособленец | Flyweight | Это объект, представляющий себя как уникальный экземпляр в разных местах программы, но фактически не являющийся таковым. | Да | |
| Заместитель | Proxy | Объект, который является посредником между двумя другими объектами, и который реализует/ограничивает доступ к объекту, к которому обращаются через него. | 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 | |
| Команда, Action, Transaction | Command | Представляет действие. Объект команды заключает в себе само действие и его параметры. | Да | |
| Интерпретатор | Interpreter | Решает часто встречающуюся, но подверженную изменениям, задачу. | Да | |
| Итератор,Cursor | Iterator | Представляет собой объект, позволяющий получить последовательный доступ к элементам объекта-агрегата без использования описаний каждого из объектов, входящих в состав агрегации. | Да | |
| Посредник | Mediator | Обеспечивает взаимодействие множества объектов, формируя при этом слабую связанность и избавляя объекты от необходимости явно ссылаться друг на друга. | Да | |
| Хранитель | Memento | Позволяет не нарушая инкапсуляцию зафиксировать и сохранить внутренние состояния объекта так, чтобы позднее восстановить его в этих состояниях. | Да | |
| Null Object | Null Object | Предотвращает нулевые указатели, предоставляя объект «по умолчанию». | Нет | |
| НаблюдательилиИздатель-подписчик | 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. | Да | |
| Слуга[en] | Servant | Используется для обеспечения общей функциональности группе классов. | Нет | |
| Спецификация | Specification | Служит для связывания бизнес-логики. | Нет | |
| Состояние | State | Используется в тех случаях, когда во время выполнения программы объект должен менять своё поведение в зависимости от своего состояния. | Да | |
| Стратегия | Strategy | Предназначен для определения семейства алгоритмов, инкапсуляции каждого из них и обеспечения их взаимозаменяемости. | Да | |
| Шаблонный метод | Template method | Определяет основу алгоритма и позволяет наследникам переопределять некоторые шаги алгоритма, не изменяя его структуру в целом. | Да | |
| Посетитель | Visitor | Описывает операцию, которая выполняется над объектами других классов. При изменении класса Visitor нет необходимости изменять обслуживаемые классы. | Да | |
| Простая политика | Simple Policy | Нет | ||
| Event listener | Нет | |||
| Одноразовый посетитель[en] | Single-serving visitor | Оптимизирует реализацию шаблона посетитель, который инициализируется, единожды используется, и затем удаляется. | Нет | |
| Иерархический посетитель[en] | Hierarchical visitor | Предоставляет способ обхода всех вершин иерархической структуры данных (напр. древовидной). | Нет |
Concurrency — Параллелизм
Частные
Шаблоны параллельного программирования (Concurrency)
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. |