Introducción a los Patrones de Diseño

Transcripción

1 escuela técnica superior de ingeniería informática Introducción a los Patrones de Diseño Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos Ingeniería del Software II

2 El Camino Qué es un Patrón de Diseño (PD) Qué no es un PD

3 Qué es un Patrón de Diseño Qué es el diseño? Qué es un patrón? Qué es un patrón de diseño? El diseño es una actividad El cómo frente al qué Hacerlo correcto frente a hacer lo correcto Asignar responsabilidades a las clases Es una actividad difícil? Debe serlo pues está bien remunerada Un martillo no te hace un buen arquitecto. Conocer un lenguaje OO no te hace un buen diseñador (aunque es imprescindible) Los requisitos no funcionales son conflictivos

4 Qué es un Patrón de Diseño Algunas propiedades no funcionales Reutilización Facilidad de modificación Facilidad de comprensión Robustez Eficiencia Facilidad de uso En ocasiones es más importante el aspecto de la calidad que el aspecto funcional Las técnicas para conseguir la calidad están menos desarrolladas que las utilizadas para conseguir la funcionalidad

5 Qué es un Patrón de Diseño Caminos posibles durante el desarrollo de un proyecto software Aspectos no funcionales Deseable Previsión de entregas Habitual Aspectos funcionales

6 Qué es un Patrón de Diseño Por lo tanto el diseñador debe Encontrar una solución que consiga el equilibrio óptimo entre las propiedades no funcionales Si damos el mismo documento de requisitos a 10 diseñadores, obtendremos 10 diseños diferentes Qué diferencia hay entre los diseñadores expertos y los novatos? Recetas para los problemas habituales. No están reinventando la rueda continuamente Utilizan recetas exitosas Cómo se describen estas recetas?

7 Qué es un Patrón de Diseño Orígenes de los PP.DD Definiciones Clasificación Ejemplo: PD Singleton

8 Qué es un Patrón de Diseño Orígenes de los PP.DD Definiciones Clasificación Ejemplo: PD Singleton

9 Qué es un PD Orígenes de los PP.DD Christopher Alexander (Viena, 1936)

10 Qué es un PD Orígenes de los PP.DD Ward Cunnighan Kent Beck OOPSLA Window per Task 2. Few Panes 3. Standard Panes 4. Nouns and Verbs 5. Short Menus

11 Qué es un PD Orígenes de los PP.DD Erich Gamma asiste a una charla de Bruce Andersen en un taller del OOPSLA, titulada Architecture Handbook. Esta realizando su tesis doctoral y necesita desarrollar un Framework C++ para aplicaciones gráficas multiplataforma (ET++) Andersen organiza un taller donde Gamma coincide con: Richard Helm Ralph Johnson John Vlissides

12 Qué es un PD Orígenes de los PP.DD Beck y Booch sufragan un retiro en las montañas de colorado. Nace el HillSide Hillside organiza la primera edición del PLOP (Patterns Languages of Program Design). La banda de los cuatro venden más de 750 ejemplares de su libro (10 veces más que cualquier libro hasta entonces)

13 Qué es un PD Orígenes de los PP.DD Lecciones aprendidas Los PP.DD han surgido tomando ideas de otras disciplinas (la arquitectura las toma a su vez de la Biología) Los PP.DD han tenido su origen en la Academia y no en la industria (es de los pocos ejemplos) Las tesis doctorales sirven para algo El mundo anglosajón suele hacer un uso intensivo de los grupos de presión en todos los ámbitos

14 Qué es un PD Orígenes de los PP.DD Definiciones Clasificación Ejemplo: PD Singleton

15 Qué es un PD Definiciones De manera general Patrón: Modelo que sirve de muestra para sacar otra cosa igual (RAE) Patrón de diseño: Una solución general a un problema general que puede adaptarse a un problema concreto

16 Qué es un PD Definiciones En Arquitectura Cada patrón describe un problema que ocurre una y otra vez en nuestro entorno. También describe el núcleo de la solución al problema, de forma que puede utilizarse un millón de veces sin hacer dos veces lo mismo Técnica de descripción Par problema-solución Recurrente Sólo el núcleo, no es una solución completa Reutilizable

17 Qué es un PD Definiciones En Ingeniería del Software (Gamma95, pág. 360) A design pattern systematically names, motivates, and explains a general design that addresses a recurring design problem in OO systems. It describes the problem, the solution, when to apply the solution, and its consequences. It also gives implementation hints and examples. The solution is a general arrangement of object and classes that solve the problem. The solution is customized and implemented to solve the problem in a particular context.

18 Qué es un PD Definiciones En Ingeniería del Software (Larman, pag. 204) Un patrón es un par problema/solución con nombre que se puede aplicar en nuevos contextos con consejos acerca de cómo aplicarlo en nuevas situaciones y discusiones sobre sus compromisos Existe consenso en: Par (problema, solución) Reutilizar conocimiento Problemas recurrentes ( Cuándo se considera recurrente?)

20 Clasificación Plantilla de descripción de la GoF 1. Nombre y clasificación: expresa sucintamente la esencia del patrón 2. Intención: frase corta que responde a qué hace y qué resuelve 3. También conocido como: otros nombres conocidos para el PD 4. Motivación: un escenario que ilustra como el PD resuelve un problema concreto 5. Aplicabilidad: otras situaciones en las que resulta aplicable el PD 6. Estructura: diagramas de clases 7. Participantes: responsabilidad de cada clase participante 8. Colaboraciones: diagrama de colaboración y/o de secuencias 9. Consecuencias: ventajas e inconvenientes 10.Implementación: dificultades, técnicas y trucos a tener en cuenta al aplicar el PD 11.Código de ejemplo: ejemplo de implementación y de uso del PD 12.Usos conocidos: ejemplos de uso en sistemas reales 13.Patrones relacionados: diferencias con los patrones más relacionados

21 Clasificación Catálogo de la GoF Creacional Fábrica Abstracta, Método Fábrica, Constructor, Prototipo, Singular Estructural Adaptador, Puente, Compuesto, Decorador, Fachada, Peso Mosca, Apoderado De Comportamiento Cadena de Responsabilidad, Comando, Iterador, Mediador, Memento, Observador, Estado, Estrategia, Visitante, Método Plantilla

22 Clasificación Relaciones entre patrones

23 Clasificación Catálogo de Grand Parte de la de Gamma y la extiende con 9 categorías más: Fundamentales Particionamiento Concurrencia GRASP GUI Organización del código Optimización del código Robustez Prueba

25 Ejemplo de PD: Singleton 1. Nombre y clasificación: Singleton. Creacional 2. Intención: Garantizar que una clase sólo tenga una instancia y proporcionar un punto de acceso global a ella 3. También conocido como: Singular, único. 4. Motivación: Registro discrecional de las llamadas a métodos. Adicionalmente, registrar mensajes de depuración

26 Ejemplo de PD: Singleton 5. Aplicabilidad: Usaremos este patrón cuando: Deba haber exactamente una instancia de una clase y deba ser accesible a los clientes desde un punto de acceso conocido. Acceso al archivo de configuración de una aplicación Gestor de impresión Una fábrica de objetos 6. Estructura: Singleton -instance : Singleton = null -Singleton() +getinstance() : Singleton if (instance == null) instance= new Singleton(); return instance;

27 Ejemplo de PD: Singleton 7. Participantes: Singleton: define una operación de clase getinstance que permite a los clientes acceder a su instancia única y además es responsable de su creación 8. Colaboraciones: Los clientes acceden a la única instancia solamente a través de la operación getinstance Singleton s= Singleton.getInstance() s.op1();. Se suelen emplear estereotipos para simplificar los diagramas de secuencia y colaboración

28 Ejemplo de PD: Singleton 9. Implementación: Ocultar el constructor Definir getinstance como estático Pueden ser necesarias operaciones de terminación (depende de la gestión de memoria del lenguaje) En ambientes concurrentes es necesario usar mecanismos que garanticen la atomicidad del método getinstance Si se desea garantizar la unicidad a nivel de sistema, se puede hacer uso de semáforos 10.Consecuencias: Reduce el espacio de nombres Rompe el esquema habitual de creación de objetos

29 Ejemplo de PD: Singleton 11.Código de ejemplo: Tracer 12.Usos conocidos: Clase java.lang.runtime, java.lang.math, java.util.collections Clase Environment de MS.NET 13.Patrones relacionados: Fábrica abstracta Método Fábrica Prototipo Object Pool [Grand98]. Cuando se desea tener un número determinado de instancias. Cuando la creación de una instancia es muy costosa e interesa reutilizar la instancia.

30 El Camino Qué es un Patrón de Diseño (PD) Qué no es un PD

31 El camino Bibliotecas Frameworks Idioms Antipatrones Refactorizaciones

32 Bibliotecas (Toolkits) También conocidas como librerías y Toolkits Conjunto de clases diseñado para ser reutilizados: TADs, manejo de periféricos, gráficos, gestión de documentos XML. Pueden verse como el equivalente en OO de las bibliotecas de subrutinas Influencia baja en el diseño de la aplicación cliente Una cuestión clave de su diseño reside en conseguir facilidad de uso para el máximo número de escenarios sin complicar la interfaz ni reducir el rendimiento Bibliotecas vs PP.DD Son comparables? Qué contienen? Cuál es su tamaño medio?

33 El Camino Bibliotecas Frameworks Idioms Antipatrones Refactorizaciones

34 En el origen de los tiempos Un framework era un entorno de desarrollo (IDE) Componentes habituales: Editor de textos Ayuda integrada Compilador Biblioteca de controles visuales Biblioteca de controles datos Constituían un marco de trabajo para el desarrollo de aplicaciones Visual Basic popularizó el concepto en la industria

35 Qué es un framework hoy Conjunto de clases parcialmente funcional para un dominio de aplicación Sólo les falta aquello que es propio del problema Ejemplos: AWT, Swing, Struts, Junit, Compact Framework, James (genuinamente andaluz) Gran influencia baja en el diseño de la aplicación cliente Frameworks vs PP.DD Son comparables? Qué contienen? Cuál es su tamaño medio?

36 El principio de Hollywood

37 El principio de Hollywood Main() { i1 = new I1(); i2 = new I2(); i1 = i2.m(i1.g()); }

38 Ventajas e inconvenientes Reutilización de diseño y código Experiencia del diseñador del framework Costes de producción reducidos Es difícil encontrar el framework apropiado Es difícil usar más de un framework al mismo tiempo Son difíciles de construir y de aprender a usar

40 Idioms Una forma característica de utilizar un LP [Fiadeiro] Patrón de bajo nivel específico de un LP. Describen soluciones a problemas de implementación de un determinado LP [Buschmann] gestión de memoria en C++ Idiom K-R: while (*dest++=*src++) Para algunos, el Singleton no es un patrón de diseño Una colección de idioms conforman un estilo Las diferencias entre PP.DD e idioms son difusas Algunos PP.DD de hoy serán idioms mañana Iterator, singleton [Gamma] interface [Grand] Los PP.DD son casi independientes del L.P

42 Antipatrones Se aprende más de los errores que de los aciertos Intentan reutilizar conocimiento de modo similar a los PP.DD Capturan experiencia The blob Poltergeists Cut and paste Spaguetti code.

44 Refactorizaciones M. Fowler las ha popularizado No siempre se consigue un diseño adecuado qué hacer en tales situaciones? Nada. En ocasiones es lo más rentable Refactorizar en las sucesivas operaciones de mantenimiento La refactorización mantiene invariable la funcionalidad Estan organizadas en catálogos Muchas de ellas están muy relacionadas con PP.DD Pull-up. Muy relacionada con el PD Template Method

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