08 Patrones I

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Diseo de Sistemas

Clase 8:

Patrones de Diseo

(Parte I)

Hugo R. Cordero S.

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Objetivos

Comprender el concepto de patrn y su clasificacin dentro

del diseo de los sistemas

Conocer los patrones de diseo y sus categoras: creacionales,

estructurales y de comportamiento

Entender la importancia del uso de los patrones de diseo

Conocer algunos patrones en detalle, sus motivaciones y sus

aplicaciones

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Qu es un patrn? Son soluciones a los problemas que usted encuentra una y

otra vez en el desarrollo de aplicaciones en el mundo real

Estn formados por estructuras reutilizables en la

construccin de aplicaciones Es recurrente, lo que hace la solucin relevante a otras

situaciones

Ensea, porque permite entender cmo adaptarlo a la variante

particular del problema donde se quiere aplicar

Introduccin

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Origen de los patrones 1977Christopher Alexander

Lenguaje de Patrones.

Patrones de Construccin

Describen patrones, y mtodos deconstruccin para diseos prcticos, seguros yatractivos a gran escala , basado enconstrucciones conocidas.

Tuvo gran influencia en otras reas ajenas a la

Arquitectura.

Introduccin

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Clasificacin de Patrones Arquitectnicos

Expresan un paradigma fundamental para representar un sistemade software

De DiseoDescriben el esquema bsico para estructurar subsistemas ycomponentes

Dialectos, idiomas o de cdigoEspecficos de un lenguaje de programacin o casos particulares

De Interaccin (o de interfaz)Para el diseo de interfaces web grficas de usuario

Otros

Introduccin

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Clasificacin de Patrones

Introduccin

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Los patrones de diseo (design patterns) son la base para

la bsqueda de soluciones a problemas comunes en eldesarrollo de software y otros mbitos referentes aldiseo de componentes, interaccin o interfaces.

Son el esqueleto de las soluciones a problemas comunesen el desarrollo de software

Patrn de diseo

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Es una solucin a un problema de diseo. Para que una

solucin sea considerada un patrn debe poseer ciertascaractersticas. Una de ellas es que debe habercomprobado su efectividad resolviendo problemas

similares en ocasiones anteriores. Otra es que debe serreusable, lo que significa que es aplicable a diferentesproblemas de diseo en distintas circunstancias.

Patrn de diseo

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Partes de un Patrn

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Patrn de diseo

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Son importantes? Saber de patrones de diseo ayuda a tener un lenguaje

comn con otros programadores.

Cuando nos toque modificar un programa, el autor del

cdigo seguramente tendr que explicar qu fue lo quehizo, cmo funciona su cdigo y por qu hizo cualquiercambio. Pero esa conversacin puede acortarse si dice,aqu estoy utilizando tal o cual patrn (por ejemplo: el

patrn Factory).

Patrn de diseo

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Causas comunes del Rediseo Hay que tener en cuenta cmo puede necesitar cambiar el

sistema a lo largo del tiempo.

Los patrones de diseo ayudan a asegurar que un sistema

pueda cambiar de formas concretas.

Crear un objeto especificando su clase explcitamente.(Creando objetos indirectamente)

Dependencia de operaciones concretas. (Evitar ligar laspeticiones al cdigo)

Patrones de diseo

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Causas comunes del Rediseo Dependencia de plataformas de HW o SW (Disear

nuestro sistema de manera que no exista muchadependencia de la plataforma)

Dependencias algortmicas. (Aquellos algoritmos que esprobable que cambien deben estar aislados).

Fuerte acoplamiento. (Tcnicas de Acoplamientoabstracto)

Incapacidad para modificar las clasesconvenientemente(Como adaptar una clase existente paraque podamos hacer uso de ella sin cambiar su estructura)

Patrones de diseo

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Por Propsito: Qu hace el patrn? De Creacin: Establecen cmo deben crearselos objetos y

clases. Ayudan a hacer el sistema independiente de cmo secrean, se componen y se representan sus objetos.

Estructurales: Establecen cmo se combinanlas clases y losobjetos para formar estructuras ms grandes.

De Comportamiento: Se relaciona en modo en que las clases

y objetos interactan (algoritmo) y se reparten lasresponsabilidades.

Categoras de Patrones de diseo

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Creacionales Aquellos que se desarrollan en el proceso de instanciar y

configurar objetos y clases Factory

Abstract Factory Singleton

Builder

Prototype


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Estructurales Aquellos que separan la interfaz de la implementacin. Se

ocupan de cmo las clases y objetos se organizan yrelacionan

Adapter o Wrapper Bridge

Composite

Decorator

Facade

Proxy

Flyweigth


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Comportamentales Como se comunican los objetos, cooperan y distribuyen

responsabilidades para lograr sus objetivos Template Method

Interpreter Mediator

Command

Chain of responsibility

Iterator

Memento

Observer

State

Strategy

Visitor


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Por mbito: A qu se aplica principalmente el patrn?

A Clases: Relaciones estticas entre clases y subclases(Herencia).

A Objetos: Relaciones dinmicas entre objetos


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Cmo describir un Patrn?

Patrones de diseo

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Cmo seleccionar un patrn? Considerar cmo los patrones de diseo solucionan

problemas de diseo

Buscar las intenciones de cada patrn

Estudiar cmo se interrelacionan los patrones Estudiar patrones de propsito similar

Examinar la causa de un rediseo

Considerar qu debera ser variable en un diseo

Patrones de diseo

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Cmo usar un patrn? Leer el patrn una vez para tener una visin general

Volver y estudiar la estructura, los participantes y lascolaboraciones

Ver un ejemplo concreto codificado del patrn Elegir nombres para los participantes del patrn que sean

significativos en el contexto de la aplicacin

Definir las clases

Definir nombres especficos de la aplicacin para lasoperaciones en el patrn

Implementar las operaciones que realizarn lasresponsabilidades y colaboraciones del patrn

Patrones de diseo

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Utilidad Separar la clase que crea los objetos, de la jerarqua de objetos

a instanciar

Permite que una clase difiera la instanciacin a las subclases(son stas las que deciden qu clase instanciar)

Tambin conocido como Factory Method

Virtual Constructor

Ventajas

Centralizacin de la creacin de objetos Facilita la escalabilidad del sistema

El usuario se abstrae de la instancia a crear

Factory

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Problema: Qu sucede si queremos aadir A?

Factory

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Una primera solucin

Hay que recompilar todas las clases que heredan de A

Puede que no tengamos acceso al cdigo de A

Factory

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Solucin Separar el creador de las instancias de la propia clase las

instancias se crean en una clase CFactory

Factory

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Implementacin Dos variantes principales:

Cuando la clase Creator es abstracta y no proporcionaimplementacin para el mtodo de fabricacin que declara.

Cuando la clase Creator es concreta y proporciona una

implementacin predeterminada para el mtodo de fabricacin. Mtodos de fabricacin parametrizados:

Que los mtodos del Factory crean varios tipos de producto. Elmtodo recibe un parmetro que identifica el tipo de objeto acrear.

Factory

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Estructura

Factory

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Participantes1. Product: Interfaz de los objetos que crea el mtodo de

fabricacin.

2. ConcreteProduct*: Implementa la interfaz Product. Debeexistir una clase ConcreteProduct por cada tipo de producto

que queremos crear3. Creator: Declara el mtodo de fabricacin, el cual devuelve

un objeto de tipo Product. Tambin puede definir unaimplementacin predeterminada del mtodo de fabricacinque devuelva un objeto ConcreteProduct. Puede llamar al

mtodo de fabricacin para crear un objeto Product.4. ConcreteCreator*: Redefine el mtodo de fabricacin para

crear un objeto Product. Debe existir una claseConcreteCreator por cada tipo de producto que queremoscrear.

Factory

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Ejemplo

Factory

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Ejemplo La clase Aplicacin no sabe qu tipo de documento especfico

debe crear, slo cundo debe hacerlo.

Esto implicara que el framework debera crear instancias decada subclase, pero slo conoce a las clases abstractas (Aplicacin

y Documento) y stas no pueden ser instanciadas.

Factory

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Uso conocidos Framework de aplicaciones

Conexiones a diferentes tipos de bases de datos

Factory

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Desarrollar una aplicacin que debe poder conectarse adiferentes tipos de BD como Mysql, Sql Server, Oracle,PostgreSQL.

Se debe ingresar el tipo de BD a utilizar y el sistema debercrear la conexin.

Implemente el ejercicio utilizando el patrn Factory Method

Explique detalladamente cules seran los participantes delpatrn

Prctica: Factory

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Propsito Define una interfaz para crear familia de objetos relacionados o

que dependen entre s, sin especificar sus clases concretas.

Motivacin Su objetivo es soportar mltiples estndares en una aplicacin

(MS-Windows, Open Office,) sin necesidad de implementar loscomponentes de cada estndar en particular. Esto ltimo podragenerar la creacin de un grupo de clases por cada tipo deestndar existente, generando cdigo complicado de mantener.

Extensible para futuros estndares.

Tenemos un toolkit para crear interfaces de usuario de diferentesestndares (Motif, Presentation Manager, WIN, OSX)

Abstract Factory

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Motivacin

Abstract Factory

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Proporciona una interfaz para crear familias de objetos ydependencias sin especificar sus clases concretas

Ejemplo varias apariencias (Look & Feel):

Abstract Factory

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Estructura

Abstract Factory

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Participantes1. AbstractProduct: Declara una interfaz para un tipo de objeto

Product.

2. Product: Define un objeto para que sea creado por laConcreteFactory correspondiente. Implementa la interfaz

AbstractProduct.3. AbstractFactory: Declara una interfaz para operaciones que

crean objetos AbstractProduct.

4. ConcreteFactory: Implementa las operaciones para crearobjetos Product.

5. Client: Slo usa interfaces declaradas por las clasesAbstractFactory y AsbtractProduct.

Abstract Factory

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Ventajas Asla las clases de implementacin: ayuda a controlar los objetos

que se creen y encapsula la responsabilidad y el proceso decreacin de objetos producto. (cdigo del cliente)

Hace fcil el intercambio de familias de productos sin mezclarse,

permitiendo configurar un sistema con una de entre variasfamilias de productos: cambio de factory -> cambio de familia.

Fomenta la consistencia entre productos.

Desventajas Soportar nuevas clases de productos es difcil.

La interfaz del Abstract Factory arregla el bloque de productosque pueden ser creados. Para soportar nuevas clases se requiereextender la interfaz factory. (cambios en AF clases y subclases)

Abstract Factory

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Factory vs Abstract Factory

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Propsito Garantiza que una clase slo tenga una instancia y proporciona

un punto de acceso global a ella.

Motivacin Dentro de un sistema, existen elementos que deben ser nicos.

Por lo general, estas clases (elementos) administran algn recursode uso comn.

Singleton

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Utilidad Asegurar que una clase tiene una nica instancia y proporciona

un punto de acceso global a dicha instancia

Ventajas Es necesario cuando hay clases que tienen que gestionar de

manera centralizada un recurso Algunas clases slo necesitan exactamente un ejemplar

Un slo sistema de archivos

Un slo gestor de ventanas

Una variable global no garantiza que slo se instancie una vez

Singleton

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Solucin El constructor de la clase debe ser PRIVADO

Se proporciona un mtodo ESTTICO en la clase que devuelvela nica instancia de la clase: getInstance()

Singleton

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Estructura

Participantes Define una operacin INSTANCIA que permite que los clientes

accedan a su nica instancia.

Puede ser responsable de crear su nica instancia.

Singleton

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Implementacin Definicin de la clase: asegurar que slo haya una instancia:

Singleton

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Implementacin Utilizacin

Singleton

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Consecuencias Acceso controlado a la nica instancia.

Espacio de nombre reducido. Mejora sobre el uso de variablesglobales.

Permite el refinamiento de operaciones y la representacin.

Fcil modificacin para permitir un nmero variable deinstancias.

Ms flexible que las operaciones de clase.

Aplicacin

Cuando slo puede haber un ejemplar de una clase, y debe seraccesible a los clientes desde un punto de acceso bienconocido

Singleton

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Ejemplo Cada formulario captura el evento de cada uno de sus componentes e invocaal mtodo de la clase LOG para escribir en el archivo.

Singleton

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Propsito Convierte la interfaz de una clase en otra interfaz que es la queesperan los clientes. Permite que cooperen clases que de otraforma no podran por tener interfaces incompatibles.

Motivacin Una clase de un toolkit que ha sido rediseada para reutilizarse,

no puede hacerlo porque su interfaz no coincide con la interfazespecfica del dominio que requiere la aplicacin.

Adapter

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Adapter

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Utilidad Convertir la interfaz de una clase en otra interfaz esperada por

los clientes.

Permite que clases con interfaces incompatibles secomuniquen

Tambin conocido como Wrapper

Class Adapter y Object Adapter

Ventajas

Se quiere utilizar una clase ya existente y su interfaz no secorresponde con la interfaz que se necesita

Se quiere envolver cdigo no orientado a objeto con forma declase

Adapter

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Problema Se desea utilizar la clase A (el mtodo ejec) utilizando como

entrada un objeto de la clase B:

objetoDeA.ejec(objetoDeB)

Pero no se puede, ya que la clase B no implementa la interfaz C

Adapter

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Solucin Construir una clase Adaptadora de B que implemente la

interfaz C. Al implementarla, usa un objeto de B y sus mtodos

Para utilizar la clase A:objetoDeAdapterB = NEW AdapterB(objetoDeB)

objetoDeA.ejec(objetoDeAdapterB)

Adapter

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Estructura

Participantes Target

Define la interfaz especfica del dominio que usa el cliente. Cliente

Colabora con los objetos conformando la interfaz del Target Adaptee (el adaptado)

Define la interfaz existente que necesita adaptarse Adapter

Adapta la interfaz Adaptee para usar en el objeto Target.

Adapter

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Ejemplo La clase TextShape adapta TextView a la interfaz Shape, de

manera que el editor grfico DrawingEditor puede reutilizar laclase TextView, que de otra manera sera incompatible.

Adapter

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Adaptador de Clase Los clientes llaman a las operaciones de un objeto Adaptador

A su vez, el Adaptador llama a las operaciones heredadas de laclase Adaptada que tratan la peticin

Adapter

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Adaptador de Objeto Los clientes llaman a las operaciones de un objeto Adaptador

A su vez, el Adaptador llama a las operaciones del Adaptadoque tratan la peticin

Adapter

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Ejemplo

Adapter

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Propsito Proporciona una interfaz unificada para un conjunto de

interfaces de un subsistema. Define una interfaz de alto nivelque hace que el subsistema sea fcil de usar.

Motivacin

Estructurar un sistema en subsistemas ayuda a reducir sucomplejidad.

Se debe minimizar las comunicaciones y dependencias entresubsistemas.

Un modo de conseguir esto es introducir un objeto FACADE que

proporcione una interfaz nica y simplificada a los servicios msgenerales del subsistema

Facade

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Utilidad Simplificar el acceso a un conjunto de clases proporcionando

una nica clase que todos utilizan para comunicarse con dichoconjunto de clases

Ventajas

Los clientes no necesitan conocer las clases que hay tras laclase FACADE

Se pueden cambiar las clases ocultadas sin necesidad decambiar los clientes. Slo hay que realizar los cambiosnecesarios en FACADE

Facade

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Problema La clase A debe saber cul es exactamente la clase que le

proporciona el servicio: b1() es de B, c1() de C, d1() de D

Facade

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Problema Adems puede haber muchas clases Cliente:

Facade

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Solucin Proporcionar una clase que implemente todos los servicios

(b1()). Los clientes slo usarn dicha clase.

Facade

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Estructura

Participantes Facade (Fachada)

Clase que centraliza las comunicaciones a los subsistemas.

Sabe qu clases del subsistema son las responsables por una peticin. Delega las peticiones de los clientes en los objetos apropiados del

subsistema.

Clases del Subsistema Implementan la funcionalidad del subsistema

Facade

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Ejemplo Estructurando un entorno de compilacin

Facade

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Ejemplo El subsistema de compilacin ofrece scanner, parser, ... a

travs de una interfaz unificada (la fachada) de la funcionalidaddel compilador

Facade

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Ejemplo (2) Pgina de compra por internet

Las clases son: Inventario, Pago, Shipping y Cliente

Facade

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Ejemplo (2) Oculta a los clientes los componentes del subsistema.

Disminuye el acoplamiento entre un subsistema y sus clientes.

Facade

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Crear una aplicacin que simule el encendido de unautomvil.

Para tal motivo considere que se necesitan las siguientesoperaciones Comprobar gasolina

Comprobar puertas

Comprobar asientos

Comprobar espejos

Arrancar

Utilice el patrn Facade para simplificar el encendido queutilizar el Cliente.

Prctica: Facade

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Bibliografa

Design Patterns CD, Elements of reusable Object-Oriented

software, Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, JohnVlissides

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Documents

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