Design pattern Java – Esempio Tutorial

Introduzione

I pattern di progettazione sono molto popolari tra gli sviluppatori di software. Un pattern di progettazione è una soluzione ben descritta per un problema comune nel software.

Alcuni dei vantaggi nell’utilizzo dei pattern di progettazione sono:

1. I pattern di progettazione sono già definiti e forniscono un approccio standard del settore per risolvere un problema ricorrente, quindi risparmia tempo se usiamo sensatamente il pattern di progettazione. Ci sono molti pattern di progettazione Java che possiamo utilizzare nei nostri progetti basati su Java.
2. L’utilizzo dei pattern di progettazione promuove la riutilizzabilità che porta a un codice più robusto e altamente manutenibile. Aiuta a ridurre il costo totale di proprietà (TCO) del prodotto software.
3. Dato che i pattern di progettazione sono già definiti, rendono il nostro codice facile da capire e debuggare. Porta a uno sviluppo più veloce e i nuovi membri del team lo comprendono facilmente.

I pattern di progettazione Java sono divisi in tre categorie – creazionali, strutturali, e comportamentali.

Questo articolo serve come indice per tutti gli articoli sui pattern di progettazione Java.

Pattern di Progettazione Creazionali

Creational design patterns forniscono soluzioni per istanziare un Object nel modo migliore possibile per situazioni specifiche.

1. Singleton Pattern

Il pattern singleton limita l’istanziazione di una Class e garantisce che esista solo un’istanza della classe nella Java Virtual Machine. L’implementazione del pattern singleton è sempre stata un argomento controverso tra gli sviluppatori.

2. Factory Pattern

Il pattern di design factory viene utilizzato quando abbiamo una superclasse con diverse sottoclassi e, in base all’input, dobbiamo restituire una delle sottoclassi. Questo pattern toglie la responsabilità dell’istanziazione di una Class dal programma client alla classe factory. Possiamo applicare un pattern singleton alla classe factory o rendere il metodo della factory static.

3. Modello di Fabbrica Astratta

Il modello di fabbrica astratta è simile al modello di fabbrica ed è una fabbrica di fabbriche. Se sei familiare con il modello di progettazione della fabbrica in Java, noterai che abbiamo una singola classe di fabbrica che restituisce le diverse sottoclassi in base all’input fornito, e la classe di fabbrica utilizza dichiarazioni if-else o switch per realizzare questo. Nel modello di fabbrica astratta, eliminiamo il blocco if-else e abbiamo una classe di fabbrica per ogni sottoclasse e quindi una classe di fabbrica astratta che restituirà la sottoclasse in base alla classe di fabbrica di input.

4. Modello Builder

Il modello builder è stato introdotto per risolvere alcuni problemi con i modelli di progettazione della fabbrica e della fabbrica astratta quando l’oggetto contiene molti attributi. Questo modello risolve il problema con un gran numero di parametri opzionali e uno stato inconsistente fornendo un modo per costruire l’oggetto passo dopo passo e fornire un metodo che restituirà effettivamente l’oggetto finale Object.

5. Pattern Prototype

Il pattern prototype viene utilizzato quando la creazione dell’Oggetto è costosa e richiede molto tempo e risorse, e hai già un Oggetto simile esistente. Quindi questo pattern fornisce un meccanismo per copiare l’Oggetto originale in un nuovo Oggetto e quindi modificarlo secondo le nostre esigenze. Questo pattern utilizza il clonaggio Java per copiare l’Oggetto. Il pattern di progettazione del prototipo impone che l’Oggetto che si sta copiando fornisca la funzione di copia. Non dovrebbe essere fatto da nessun’altra classe. Tuttavia, se utilizzare la copia superficiale o profonda delle proprietà dell’oggetto dipende dai requisiti ed è una decisione di progettazione.

Pattern di Progettazione Strutturale

I patterni di progettazione strutturale forniscono modi differenti per creare una struttura di Classe (ad esempio, utilizzando l’ereditarietà e la composizione per creare un grande Oggetto da piccoli Oggetti).

1. Pattern Adapter

Il pattern di progettazione dell’adattatore è uno dei pattern di progettazione strutturali e viene utilizzato affinché due interfacce non correlate possano lavorare insieme. L’oggetto che unisce queste interfacce non correlate è chiamato un adattatore.

2. Pattern Composite

Il pattern composito è utilizzato quando dobbiamo rappresentare una gerarchia parte-tutto. Quando dobbiamo creare una struttura in modo che gli oggetti nella struttura debbano essere trattati allo stesso modo, possiamo applicare il pattern di progettazione composito.

3. Pattern Proxy

Il pattern proxy fornisce un segnaposto per un altro Object per controllare l’accesso ad esso. Questo pattern viene utilizzato quando vogliamo fornire un accesso controllato alla funzionalità.

4. Pattern Flyweight

Il pattern di design flyweight viene utilizzato quando abbiamo bisogno di creare molti Object di una Class. Poiché ogni Object consuma spazio di memoria che può essere cruciale per dispositivi a bassa memoria (come dispositivi mobili o sistemi embedded), il pattern di design flyweight può essere applicato per ridurre il carico sulla memoria condividendo gli Object.

L’implementazione del pool di stringhe in Java è uno dei migliori esempi di implementazione del pattern flyweight.

5. Pattern Facade

Il pattern facade viene utilizzato per aiutare le applicazioni client a interagire facilmente con il sistema.

6. Pattern Bridge

Quando abbiamo gerarchie di interfaccia sia nelle interfacce che nelle implementazioni, allora viene utilizzato il pattern di progettazione bridge per disaccoppiare le interfacce dall’implementazione e nascondere i dettagli dell’implementazione dai programmi client. L’implementazione del pattern di progettazione bridge segue il concetto di preferire la composizione rispetto all’ereditarietà.

7. Pattern Decorator

Il pattern design del decoratore viene utilizzato per modificare la funzionalità di un oggetto durante l’esecuzione. Allo stesso tempo, altre istanze della stessa classe non saranno influenzate da ciò, quindi l’oggetto individuale ottiene il comportamento modificato. Il pattern design del decoratore è uno dei pattern di progettazione strutturali (come il pattern adapter, il pattern bridge o il pattern composito) e utilizza classi astratte o interfacce con la composizione per implementare. Utilizziamo l’ereditarietà o la composizione per estendere il comportamento di un oggetto, ma ciò avviene durante la compilazione ed è applicabile a tutte le istanze della classe. Non possiamo aggiungere alcuna nuova funzionalità per rimuovere alcun comportamento esistente durante l’esecuzione: è qui che il pattern del decoratore risulta utile.

Pattern di Progettazione Comportamentali

I pattern comportamentali forniscono una soluzione per una migliore interazione tra gli oggetti e come fornire accoppiamento debole e flessibilità per estendere facilmente.

1. Pattern Metodo Template

Il pattern del metodo template è un pattern di progettazione comportamentale e viene utilizzato per creare uno scheletro di metodo e per differire alcune delle fasi di implementazione alle sottoclassi. Il metodo template definisce le fasi per eseguire un algoritmo e può fornire un’implementazione predefinita che potrebbe essere comune per tutte o alcune delle sottoclassi.

2. Pattern Mediator

Il pattern di progettazione Mediator viene utilizzato per fornire un mezzo di comunicazione centralizzato tra diversi oggetti in un sistema. Se gli oggetti interagiscono direttamente tra loro, i componenti del sistema sono strettamente accoppiati tra loro, il che rende più elevato il costo di manutenzione e non flessibile per l’estensione. Il pattern Mediator si concentra nel fornire un mediatore tra gli oggetti per la comunicazione e nell’implementare un accoppiamento lasco tra gli oggetti. Il mediatore funziona come un router tra gli oggetti e può avere una propria logica per fornire un modo di comunicazione.

3. Pattern della Catena di Responsabilità

Il pattern della catena di responsabilità viene utilizzato per ottenere un accoppiamento leggero nel design del software, dove una richiesta dal cliente viene passata a una catena di oggetti per elaborarla. Quindi l’oggetto nella catena deciderà chi elaborerà la richiesta e se la richiesta deve essere inviata al prossimo oggetto nella catena o meno.

Sappiamo che possiamo avere più blocchi catch in un blocco di codice try-catch. Qui ogni blocco catch è una specie di processore per elaborare quella particolare eccezione. Quindi quando si verifica un’eccezione nel blocco try, viene inviata al primo blocco catch per essere elaborata. Se il blocco catch non è in grado di elaborarla, inoltra la richiesta al prossimo Object nella catena (ossia, al blocco catch successivo). Se anche l’ultimo blocco catch non è in grado di elaborarla, l’eccezione viene lanciata al di fuori della catena al programma chiamante.

4. Pattern dell’Osservatore

Un pattern di progettazione osservatore è utile quando si è interessati allo stato di un Object e si desidera essere notificati ogni volta che c’è un cambiamento. Nel pattern osservatore, l’Object che osserva lo stato di un altro Object è chiamato osservatore, e l’Object che viene osservato è chiamato soggetto.

Java fornisce una piattaforma integrata per implementare il pattern osservatore attraverso la classe java.util.Observable e l’interfaccia java.util.Observer. Tuttavia, non è ampiamente utilizzato perché l’implementazione è limitata e nella maggior parte dei casi non vogliamo finire per estendere una classe solo per implementare il pattern osservatore poiché Java non fornisce l’ereditarietà multipla nelle classi. Il servizio di messaggistica Java (JMS) utilizza il pattern osservatore insieme al pattern mediatore per consentire alle applicazioni di sottoscriversi e pubblicare dati ad altre applicazioni.

5. Pattern Strategia

Il pattern strategia viene utilizzato quando abbiamo più algoritmi per una specifica attività, e il cliente decide l’implementazione effettiva da utilizzare a tempo di esecuzione. Un pattern strategia è anche conosciuto come un pattern di politica. Definiamo più algoritmi e permettiamo alle applicazioni client di passare l’algoritmo da utilizzare come parametro.

Uno dei migliori esempi di questo pattern è il metodo Collections.sort() che prende il parametro Comparator. In base alle diverse implementazioni delle interfacce del comparatore, gli oggetti vengono ordinati in modi diversi.

6. Pattern Command

Il pattern command viene utilizzato per implementare il disaccoppiamento in un modello di richiesta-risposta. In questo pattern, la richiesta viene inviata all’invoker e l’invoker la passa all’oggetto command incapsulato. L’oggetto command passa la richiesta al metodo appropriato del receiver per eseguire l’azione specifica.

7. Pattern State

Il pattern di progettazione dello stato viene utilizzato quando un oggetto cambia comportamento in base al suo stato interno. Se dobbiamo cambiare il comportamento di un oggetto in base al suo stato, possiamo avere una variabile di stato nell’oggetto e utilizzare un blocco di condizioni if-else per eseguire diverse azioni in base allo stato. Il pattern di stato viene utilizzato per fornire un modo sistematico e poco accoppiato per raggiungere questo scopo attraverso implementazioni di contesto e stato.

8. Pattern Visitatore

Il pattern visitatore viene utilizzato quando dobbiamo eseguire un’operazione su un gruppo di oggetti simili. Con l’aiuto del pattern visitatore, possiamo spostare la logica operativa dagli oggetti a un’altra classe.

9. Pattern Interpretatore

Il pattern interpretatore viene utilizzato per definire una rappresentazione grammaticale di un linguaggio e fornisce un interprete per gestire questa grammatica.

10. Pattern dell’Iteratore

Il pattern dell’iteratore è uno dei pattern comportamentali e viene utilizzato per fornire un modo standard di attraversare un gruppo di oggetti. Il pattern dell’iteratore è ampiamente utilizzato nel Framework di Collezioni Java dove l’interfaccia dell’iteratore fornisce metodi per attraversare una Collection. Questo pattern viene anche utilizzato per fornire diversi tipi di iteratori in base alle nostre esigenze. Il pattern dell’iteratore nasconde l’implementazione effettiva del attraversamento della Collection e i programmi client utilizzano i metodi dell’iteratore.

11. Pattern del Memento

Il pattern del memento viene utilizzato quando vogliamo salvare lo stato di un oggetto in modo da poterlo ripristinare in seguito. Questo pattern viene utilizzato per implementare ciò in modo tale che i dati dello stato salvato dell’oggetto non siano accessibili all’esterno dell’Oggetto, ciò protegge l’integrità dei dati dello stato salvato.

Il modello Memento è implementato con due Object – originator e caretaker. L’originator è l’Object il cui stato deve essere salvato e ripristinato, e utilizza una classe interna per salvare lo stato dell’Object. La classe interna è chiamata “Memento” ed è private in modo che non possa essere accessibile da altri oggetti.

Miscellaneous Design Patterns

Esistono molti design pattern che non rientrano nei design pattern del Gang of Four. Vediamo alcuni di questi design pattern popolari.

1. Design Pattern DAO

Il design pattern dell’oggetto di accesso ai dati (DAO) viene utilizzato per scollegare la logica di persistenza dei dati in un livello separato. DAO è un design pattern molto popolare quando progettiamo sistemi per lavorare con database. L’idea è mantenere separato il livello di servizio dal livello di accesso ai dati. In questo modo implementiamo la separazione della logica nella nostra applicazione.

2. Pattern di Iniezione delle Dipendenze

Il pattern di iniezione delle dipendenze ci permette di rimuovere le dipendenze hard-coded e rendere la nostra applicazione poco accoppiata, estensibile e manutenibile. Possiamo implementare l’iniezione delle dipendenze in Java per spostare la risoluzione delle dipendenze dall’ora di compilazione all’ora di esecuzione. Il framework Spring è costruito sul principio dell’iniezione delle dipendenze.

3. Pattern MVC

Il Pattern Model-View-Controller (MVC) è uno dei più vecchi pattern architetturali per la creazione di applicazioni web.

Conclusione

Questo articolo riassume i pattern di progettazione Java.

Puoi controllare il codice di esempio dei pattern di progettazione Java dal nostro Repository su GitHub.

Continua il tuo apprendimento con ulteriori tutorial di Java.