Курс "Программирование на Java". Лекция 05 "Проектирование". Проблемы длительной разработки. Компоновка приложения. Этапы разработки приложения. Архитектура приложения. Пример многослойной (multilayered) архитектуры. Шаблоны проектирования. Примеры порождающих, структурных и поведенческих шаблонов проектирования. МФТИ, 2016 год. Лектор - Лаврентьев Федор Сергеевич

1. 5. Проектирование
Программирование на Java
Федор Лаврентьев
МФТИ, 2016

2. Компоновка приложения

3. Проблемы длительной разработки
• Число сущностей растет
• Число связей растет на порядок быстрее
• На каком-то этапе наступает коллапс разработки

4. Логическая компонента
• Компонента – автономная логическая единица кода
• Компонента предоставляет наружу контракт (см. далее)
• Компоненты взаимодействуют друг с другом
• Компонента – понятие рекуррентное (или фрактальное?..)

5. Связность (cohesion) и сцепление (coupling)
• Связность – мера силы взаимосвязанности элементов
внутри компоненты; способ и степень связанности между
задачами, выполняемыми компонентой
• Сцепление – мера, способ и степень взаимозависимости между
различными компонентами

6. Основная идея проектирования
• Меньше сцепление – больше связность

7. Модульность
• Принцип модульности – код разделяется на отдельные
функционально законченные модули
• Контракт - формальное соглашение о способе использовании
модуля
• API (Application Programming Interface) – интерфейс
взаимодействия с модулем
• SPI (Service Provider Interface) – точки расширения модуля
• Часто интерфейс и реализацию разносят в раздельные модули

8. Архитектура системы

9. Этапы каскадной разработки
• Анализ требований
• Проектирование
• Реализация
• Тестирование
• Внедрение

10. Этап проектирования системы
• Исходные данные – требования от заказчика
• Из требований следуют внешние свойства системы
• Задача проектирования – придумать внутреннее устройство
системы, обеспечивающее заданные внешние свойства
• Алгоритмы решения задач и требуемые структуры данных
• Архитектура системы – логические компоненты и связи между ними
• Механизмы хранения и передачи состояния

11. Многослойная (layered) архитектура
Система разбивается на несколько слоёв:
• Слой представления (View Layer)
• Управляющий слой (Controller Layer)
• Сервисный слой (Service Layer)
• Слой модели предметной области (Domain Model Layer)
• Слой источников данных (Data Sources Layer)

12. Слой источников данных
• Делает запросы к базам данных или другим внешним сервисам
• Например, к базе данных с банковскими счетами
• Формирует запросы и разбирает ответы
• Предоставляет интерфейс (API)
• CRUD операции (Create, Read, Update, Delete) над таблицами
• Часто используемые запросы
• Конструктор запросов
• Абстрагирует верхние слои от реалий конкретной базы данных

13. Слой модели предметной области
• Содержит в себе логику предметной области
• Например, управляет объектами «счёт в банке»
• Отвечает за целостность представления данных
• Например, что нельзя снять со счета больше денег, чем там есть
• Предоставляет интерфейс (API)
• CRUD операции над объектами предметной области
• Типовые модификации (перевод денег между счетами)
• Метаинформация (число открытых счётов)
• Абстрагирует верхние слои от управления состоянием
предметной области

14. Сервисный слой
• Отвечает за взаимодействие между компонентами предметной
области
• Например, за взаимодействие счетов и покупок
• Управляет выполнением запросов от пользователя
• Предоставляет бизнес-ориентированный интерфейс (API)
• Сделать покупку
• Перевести со счета на счет
• Ввести деньги на счет
• Создать нового пользователя

15. Управляющий слой (контроллер)
• Отвечает за приемку управляющих команд от пользователя или
других сервисов
• Аргументы командной строки
• REST или SOAP интерфейс
• TCP или Unix socket
• Перенаправляет управляющие команды в сервисный слой
• При необходимости использует данные от слоя модели
• Сообщает пользователю результат выполнения команды

16. Слой представления
• Взаимодействует с человеком
• Предоставляет человекочитаемый интерфейс
• Web-приложение с HTML-выдачей
• Графическое оконное приложение (WinAPI, QT, ...)
• Утилита командной строки
• Перенаправляет все запросы к контроллеру
• Принимает ответы от контроллера

17. Пример многослойной архитектуры
• Представление – Web-сервис управления банковским счетом
• http://coolbank.ru/
• Контроллер – HTTP-контроллер
• http://coolbank.ru/register – открыть новый счет
• http://coolbank.ru/account - информация о счете
• http://coolbank.ru/transfer – сделать перевод
• Сервисный слой – класс AccountService
• accountService.newAccount(String name);
• accountService.getAccount(String name);
• accountService.transfer(String source, String dest, double amount);
• Слой модели – класс BalanceManager
• balanceService.getBalance(int accountId);
• balanceService.add(int accountId, double amount);
• Слой источников данных – класс BalanceDAO
• balanceDao.getBalance(int accountId);
• balanceDao.updateBalance(int accountId, double newAmount);

18. Шаблоны проектирования

19. Шаблон проектирования
• Многослойная архитектура (Multilayered architecture) – это
пример архитектурного шаблона проектирования
• Шаблон проектирования – повторимая архитектурная
конструкция, решающая конкретную частую проблему
проектирования
• Другие архитектурные шаблоны проектирования:
• MVC (Model-View-Controller)
• Client-Server
• Multitier application
• Broker
• ...

20. Разновидности шаблонов проектирования
• Порождающие – создание новых объектов
• Структурные – организация интерфейсов между объектами
• Поведенческие – взаимодействие между объектами и деление
ответственности
• Архитектурные, фундаментальные, конкурентные,
корпоративные, ...

21. Порождающие шаблоны
• Одиночка (Singleton)
• Абстрактная фабрика (Abstract Factory)
• Фабричный метод (Factory Method)
• Строитель (Builder)
• Объектный пул (Object pool)
• Отложенная инициализация (Lazy Initialization)
• ...

22. Одиночка (Singleton)
https://habrahabr.ru/post/210288/

23. Абстрактная фабрика (Abstract Factory)
https://habrahabr.ru/post/210288/

24. Фабричный метод (Factory Method)
https://habrahabr.ru/post/210288/

25. Строитель (Builder)
https://habrahabr.ru/post/210288/

26. Объектный пул (Object Pool)
http://wiki3.cosc.canterbury.ac.nz/index.php/Object_pool

27. Отложенная инициализация (Lazy Init)
http://design-pattern.ru/patterns/lazy-load.html

28. Структурные шаблоны
• Декоратор (Decorator)
• Обёртка (Wrapper, Adapter)
• Заместитель (Proxy)
• Компоновщик (Composite)
• Фасад (Facade)
• ...

29. Декоратор (Decorator)
https://habrahabr.ru/post/210288/

30. Обертка (Wrapper, Adapter)
https://habrahabr.ru/post/210288/

31. Заместитель (Proxy)
https://habrahabr.ru/post/210288/

32. Компоновщик (Composite)
https://habrahabr.ru/post/210288/

33. Фасад (Facade)
https://habrahabr.ru/post/210288/

34. Поведенческие шаблоны
• Стратегия (Strategy)
• Состояние (State)
• Итератор (Iterator, Cursor)
• Наблюдатель (Observer, Publish/Subscribe)
• Цепочка обязанностей (Chain of Responsibility)
• ...

35. Стратегия (Strategy)
https://habrahabr.ru/post/210288/

36. Состояние (State)
https://habrahabr.ru/post/210288/

37. Итератор (Iterator, Cursor)
https://habrahabr.ru/post/210288/

38. Наблюдатель (Observer)
https://habrahabr.ru/post/210288/

39. Цепочка обязанностей (Chain of responsibility)
https://habrahabr.ru/post/210288/