Introdução aos Padrões de Projeto

Introdução a Design Pattern Ricardo Alexandre Schulze rick.ale.sc@hotmail.com

Agenda História Conceito Padrões de Criação Padrões Estruturais Padrões Comportamentais Conclusão Referências

História Conceito criado na década de 70 por Christopher Alexander. Em 1987, Kent Beck e Ward Cunningham, na época programadores, propuseram os primeiros padrões de projetos, para construção de janelas em linguagem Smalltalk. Em 1995 o conceito de padrão de projeto ganhou popularidade com o lançamento do livro Design Patterns: ElementsofReusableObject-Oriented Software. Escrito pelo grupo conhecido com GoF. GoF (Gang Of Four), Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides, estes criarão os padrões GoF, composto por 23 padrões divididos em 3 grupos: Padrões de Criação(5), Padrões Estruturais(7), Padrões Comportamentais(11).

História Devido a esse ganho de popularidade, surgiram outros livros como o, Applying UML andPatterns: AnIntroductiontoObject-OrientedAnalysisand Design andIterativeDevelopment. Esse segundo livro deu origem aos Padrões GRASP (General ResponsibilityAssignment Software Patterns), que é composto de 7 padrões. Em 2009 mais de 30 Colaboradores participaram na criação do livro de Thomas Erl – SOA Design patterns . O objetivo desse livro era o de fazer um catálogo dos design patterns para SOA (Service OrientedArchitecture). Mais de 200 profissionais de TI ao redor do mundo participaram da revisão do livro de Thomas Erl. Esses Design Patterns estão publicados e discutidos no site http://www.soapatterns.org/

Conceito “Um Pattern descreve uma solução comprovada para um problema de desenho recorrente, dando ênfase particular no contexto e forçando a aproximação do problema, consequências e o impacto de sua solução.” GlaucioSheibel. Idealmente, um pattern deve ter as seguintes Características: Encapsulamento: um padrão encapsula um problema/solução bem definido, independente, específico e bem formulado. Generalidade: deve permitir a construção de outras realizações a partir dele. Equilíbrio: dá a razão, relacionada com cada restrição, de cada passo do projeto, com análise de abstração de dados empíricos. Abstração: representam a abstração do cotidiano ou da experiência empírica. Abertura: deve permitir sua expansão para níveis mais baixo de detalhes. Combinatoriedade: relacionamento hierárquico, padrões de alto nível, podem ser compostos, ou ser relacionados com padrões de níveis mais baixos.

Conceito Além das características, um design pattern deve ter um formato descrito em 5 partes: Nome: Descrição da solução, mais do que do problema e do contexto. Exemplos: figuras, diagramas ou descrições que ilustrem um protótipo. Contexto: descrições nas quais o padrão se aplica. Problema: descrição das forças e restrições e suas interações. Solução: relacionamentos estáticos e regras dinâmicas, descrevendo como construir uma solução usando o padrão, podendo citar, suas variações e ajustes.

Padrões de Criação Ao todo são 5 padrões de criação são eles: Abstract Factory. FactoryMethod. Singleton. Builder. Prototype. Padrões de criação as vezes competem entre si. Existem situações onde podem ser usados Abstract Facthory ou Prototype por exemplo. Padrões de criação também podem complementar um ao outro. Exemplo, uma Abstract Factory pode armazenar um set de Prototype.

Abstract Factory Definição É um padrão que permite a criação de famílias de objetos relacionados ou dependentes, através de uma única interface, sem que a classe concreta seja especificada. UTILIZAÇÃO Padrão utilizado, quando a criação de um objeto pai depende da criação de seus objetos filhos. Exemplo, para um carro existir, é preciso que existam motor, rodas, portas, etc… e o contrário também se aplica, um motor precisa de um carro. Este é apenas um dos exemplos. Outro exemplo de usabilidade deste padrão é na criação de uma Toolkit que disponibilize controles para diferentes interfaces gráficas.

FactoryMethod Definição Define uma interface para criar um objeto, mas é a subclasse quem decide qual objeto será instanciado. O factorymethod permite adiar a instanciação para as subclasses. Utilização Imagine por exemplo, uma fábrica de brinquedos, esta fábrica possui vários moldes (carro,cavalo,figurinhas). Uma pessoa é responsável por fazer a mistura do plástico, e injeta-la na máquina, a máquina por sua vez injetara o plástico, porém o que definira qual brinquedo será produzido, é o Molde.

Singleton Definição Este padrão garante a existência de apenas uma instância de uma classe, mantendo um ponto global de acesso ao seu objeto. Utilização Bem como a definição explica, ele garante que o objeto será único, exemplos, o Presidente da República é único, assim como o presidente de uma determinada empresa. O padrão singleton, não serve apenas para isso, ele pode complementar outros padrões, um exemplo seria o Factory, no exemplo do carro, poderíamos definir por exemplo, que o motor do carro seria único.

Builder Definição Separa a construção de um objeto complexo de sua representação. Utilização Um bom exemplo seria uma rede de fastfood, onde um cliente pode pedir um item principal ,exemplo os combos. Os combos são constituídos de um item principal (o lanche), um item secundário (o acompanhamento), um item terciário (a bebida), e um quarto item que pode variar (o brinquedo). Portanto, quando o cliente pede esse combo ao caixa, o caixa demanda a construção do combo(item por item) e ao final o cliente recebe o Combo (e não o lanche, o acompanhamento, a bebida).

Prototype Definição Específica o tipo de objeto a ser criado através de uma instância de objeto protótipo. Utilização Em sistemas que usam Abstract Factory, que as vezes podem ser complexas, e o Prototype pode facilitar em algumas situações. Em sistemas que utilizam classes definidas em tempo de execução. Podemos citar o exemplo de uma divisão celular, onde a partir de uma célula, vão ser criadas duas células , ou seja, ela faz um clone dela mesma.

Padrões Estruturais Ao todo são 7 padrões estruturais, são eles: Adapter. Bridge. Composites. Proxy. Façade. Flyweight. Decorator. Consiste Basicamente de classes que utilizam Herança para compor interfaces. Define formas de compor objetos para que possamos obter novas funcionalidades.

Adapter Definição Como o nome já diz, o adapter, adapta a interface de uma classe, para que ela possa interagir com outras. Utilização Como sua definição explica, ele ‘adapta’ uma interface a outra, por intermédio de uma nova interface, que fara a adaptação, um exemplo é esta figura acima, que explícita bem, a função de um adapter.

Bridge Definição Padrão que faz a interface variar independentemente das suas implementações. Utilização Um exemplo de utilização de um padrão bridge é o quadro de luz de uma casa, que possui, por exemplo, interruptores para diferentes tipos de objetos (Lâmpada, Ventilador, etc). A intenção do switch é de apenas ligar e desligar os objetos, sendo que esse switch pode ser implementado de diferentes maneiras.

Composites Definição Possibilita enxergar um conjunto (composição) de objetos como se fosse um só. Representa estrutura de objetos agrupados hierarquicamente. Utilização Compõe objetos em três estruturas e permite que o cliente trate objetos individuais, e a composição uniforme. Um exemplo, de utilização é uma expressão aritmética, 2 + 3 e (2 + 3) + (4 * 6), ambas são validas.

Proxy Definição De forma geral funciona de interface para outra classe. Um proxy pode conectar-se a diferentes tipos de objetos. Utilização Um exemplo bem simples da utilização de proxy, é uma movimentação bancária, por exemplo, um cliente de banco utiliza um cheque para pagar uma conta, ao invés de pagar em dinheiro, por fim, controla o acesso ao dinheiro da conta do cliente.

Flyweight Definição Similar a um pool. Define como compartilhar objetos para que os mesmos possam ser usados em vários locais ao mesmo tempo, sendo assim, o padrão flyweight atua de forma independente em cada local. Utilização Apropriado quando vários objetos devem ser manipulados, e esses não suportam dados adicionais. Não existem ponteiros para os métodos do dado, diminuindo o consumo de memória. Em contrapartida são chamadas sub-rotinas diretamente para acessar o dado. Um exemplo de Flyweight é a rede telefônica, onde vários usuários estão conectados, porém quando alguém pega o telefone para discar, a ele não importa quantas pessoas estão conectadas, e sim, o fato de que ele precisar receber um tom de ligação, que ele precisa enviar os dígitos, e completar a ligação.

Façade Definição É um objeto que disponibiliza uma interface para uma grande quantidade de funcionalidades de uma API. Utilização O padrão façade define uma interface indefinida de alto nível, para um subsistema mais fácil de se interagir. Um exemplo é o de um comprador que liga para um número e fala com uma representante de comprador, esse representante age como um façade, providenciando uma interface para o setor de pagamento e para o setor de envio.

Decorator Definição Anexa responsabilidades adicionais a um objeto dinamicamente. Alternativa flexível as subclasses extendendo sua funcionalidade. Amplia as funcionalidades através da composição. Utilização Imagine que você tem uma árvore. Ai começam a pendurar itens nessa árvore, como bolas, luzes, e outras coisas, a árvore ainda esta lá inalterada. Porém ela agora é conhecida como árvore de natal, e tem um método adicional, proporcionado pela luz, dentre outros atributos.

Padrões Comportamentais Ao todo são 11 padrões comportamentais Chain ofResponsibility. Command. Interpreter. Iterator. Mediator. Memento. Observer. State. Strategy. TemplateMethod. Visitor.

Chain ofResponsability Definição Representa o encadeamento de objetos receptores para o processamento de uma sério de solicitações diferentes. Esses receptores passam a solicitação ao longo da cadeia até que um ou vários objetos a tratem. Utilização Imagine um sistema de coleta de moedas de um banco, esse sistema funciona como uma cadeia, ou seja, ao invés de ter vários slots de moeda atrelados a um identificador, o padrão Chain utiliza apenas um slot, quando a moeda é jogada no sistema, mecanismos a identificam e encaminham para o receptor apropriado.

Command Definição Encapsula uma solicitação como um objeto. Desta forma permite que clientes realizem diferentes solicitações. Enfileira ou faz o registro de solicitações e suporta operações que podem ser desfeitas. Utilização Um exemplo bem simples da utilização do Command, é quando você vai ao restaurante, ai o garçom pega seu pedido (command) e o encapsula num papel, ai ele coloca esse papel numa fila de espera. Você pode fazer novos pedidos (command) a qualquer momento.

Interpreter Definição Um padrão interpreter define a linguagem, assim como representações para gramáticas e abstrações para análises sintáticas. Utilização Os músicos são um exemplo de interpreter, o tempo e a note de uma música podem ser anotados em uma linguagem de notas, e posteriormente em linguagem de música como mostra o exemplo a a seguir.

Iterator Definição permite a iteração, e um modo de acesso a elementos de um agregado de objetos, sequencialmente, sem exposição de estruturas internas. Utilização Um Exemplo simples de iterator, é uma televisão, onde o usuário, passa pelos canais, sendo que para este usuário o número do canal não é importante e sim sua programação, logo, o usuário interage com o controle, que por sua vez interage com a televisão, dessa forma comprovando o agregado de objetos sequenciais.

Mediator Definição É um padrão que desacopla e gerencia as colaborações entre um grupo de objetos. Define um objeto que encapsula as interações entre esse grupo. Utilização Esse padrão encaixa perfeitamente em um aeroporto, como um controlador de voo, por exemplo, ao invés dos aviões conversarem entre si um a um, eles intermediam essa ’conversa’ com uma torre de controle, ou seja, todos os aviões conversam com a torre de controle, e os aviões não conversam entre si.

Memento Definição armazenar o estado interno de um objeto em um determinado momento, para que seja possível retorná-lo a este estado, caso necessário. Utilização Serve para você manter o estado de um objeto, como um parâmetro. Exemplo você pretende trocar os freios de seu carro em casa, remove o pneu dos dois lados, ai você mantém um dos freios intactos, a fim de, usar como parâmetro na remontagem do freio.

Observer Definição Relação um para todos, dessa forma quando este um altera seu status, todos atualizam automaticamente. Utilização Exemplos de leilão, onde você tem um auditor que define um preço e os compradores, que levantam as placas para confirmar sua oferta, dessa forma, o auditor aumenta o valor das ofertas, então novamente os compradores reagem a mais está ação.

State Definição É usado para permitir que um objeto altere seu comportamento quando um estado muda. Usa o objeto como um estado. Utilização A utilização deste padrão aparece em máquinas de venda (amendoins, refrigerantes etc..) essas maquinas tem estados baseados no que elas tem a disposição e na quantidade de dinheiro colocado. Quando o dinheiro é depositado, uma seleção é feita, a máquina por sua vez, ira atuar de duas formas, entregar o produto sem troco, ou entregar o produto com troco, ou não entregar o produto (dinheiro depositado insuficiente), ou não entregar o produto e devolver o dinheiro (devido a falta do produto).

Strategy Definição Definir uma família de algoritmos e encapsula cada algoritmo como uma classe, permitindo assim que elas possam ser trocados entre si. Este padrão permite que o algoritmo possa variar independentemente dos clientes que o utilizam. Utilização Pattern bem representado por meios de se chegar a um aeroporto, o viajante poderá escolher entre diversas opções, como ir com seu próprio carro, ônibus, limusine, entre diversos tipos de locomoção, todos eles vão levar o viajante para o aeroporto, e eles podem ser usados alternadamente.

TemplateMethod Definição Define o esqueleto de um algoritmo numa operação, passando alguns passos para as subclasses. A classe base declara o placeholder e as subclasses preenchem esses placeholders. Permite que a subclasse mude certos passos sem mudar a estrutura do algoritmo. Utilização A seguir esta sendo usado um exemplo de planta de casa, onde várias outras casas herdam de um template de casa, elas podem adicionar outras coisas, mudar a cor etc, porém sem alterar o template original da casa, removendo ou alterando algo.

Visitor Definição Realiza uma operação sobre elementos da estrutura de um objeto. Permite que se crie uma nova operação sem alterar a classe dos elementos sobre os quais ela atua habilidade de adicionar novas funcionalidades a estruturas de um objeto pré-existente sem a necessidade de modificá-las. Utilização Aplica-se para problemas semelhantes ao de uma empresa de taxi, quando um cliente liga para a empresa de taxi solicitando o taxi, o cliente esta aceitando um visitor, quando o cliente entra no taxi, ele não esta mais em controle de sua movimentação e sim o Visitor.

Conclusão Espero que esta abordagem, sobre design patterns tenha sido útil, de fácil compreensão, já que o intuito para este momento não era o de aprofundar-se sobre cada Design pattern. Creio que os objetivos deste material, foram satisfatórios, abrindo um leque de opções a serem estudas de maneira mais específica. Em breve estarei pesquisando mais sobre cada design, me aprofundando mais em suas Utilizações. Fazendo uma apresentação mais específica sobre cada um deles.

Referências http://www.slideshare.net/gscheibel/design-patterns http://pt.wikipedia.org/wiki/Bridge_(padr%C3%A3o_de_projeto_de_software) http://www.vincehuston.org/dp/bridge.html

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