Uso de patrones de arquitectura

Profesor Pedro Veloso HernándezMaster Ingeniería de SoftwareUPM

¿ que es un Patrón de diseño?Los patrones de diseño (design patterns) son la base para la búsqueda de soluciones a problemas comunes en el desarrollo de software y otros ámbitos referentes al diseño de interacción o interfaces.Un patrón de diseño es una solución a un problema de diseño. Para que una solución sea considerada un patrón debe poseer ciertas características. Una de ellas es que debe haber comprobado su efectividad resolviendo problemas similares en ocasiones anteriores. Otra es que debe ser reusable, lo que significa que es aplicable a diferentes problemas de diseño en distintas circunstancias.

Los escaladores usan a menudo patrones de diseño, usadoArneses, cuerdas, mosquetones, que usan dadas ciertas Condiciones de soporte, forma, y para situaciones que debenResolver como : salvataje, cruzar dos personas en un soloIntento, saltarse una gran roca, etc.

Fuente Wikipedia"Each pattern describes a problem which occurs overand over again in our environment, and then describes the core of the solution to that problem, in such a way that you can use this solution a million times over, without ever doing it the same way twice" [AIS+77].

Desing Patterns, Christopher AlexanderE-book Version

¿ que es un patrón UML?Los patrones UML son colaboraciones parametrizadas , esto es , son un grupo de clases/objetos colaborando entre sí que se pueden abstraer de un conjunto de escenarios general. Los patrones son un medio excelente para lograr reutilización y desarrollo robusto.A medida que los patrones se descubren en todo nuevo proyecto, se puede reutilizar la plantilla básica del patrón desde modelos previos con los nombres de las variables apropiadas modificados para el proyecto en curso.

"Cada patrón describe un problema que ocurre infinidad de veces en nuestro entorno, así como la solución al mismo, de tal modo que podemos utilizar esta solución un millón de veces más adelante sin tener que volver a pensarla otra vez."

Condiciones para usar un patrón UML

Los patrones generalmente describen cómo resolver un problema abstracto y la tarea del usuario del patrón consiste en modificar los elementos del patrón para cumplir las demandas del compromiso actual. Antes de comenzar a usar un patrón primero debe ser creado como un diagrama estándar de  UML o existir como tal en algún repositorio

Vamos a un ejemplo

Este es un ejemplo de patrones de diseño propuesto en GOF “ Abstract Factory”

patrones descriptos en el libro "Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software" de Gamma et al., más conocidos como 'La Banda de los Cuatro', 'Gang of Four‘ o GoF en forma abreviada.

Cuando “ no” usar patrones de diseño

Del mismo modo que no es aconsejable optimizar prematuramente, no se deben utilizar patrones de diseño antes de tiempo. Seguramente sea mejor implementar algo primero y asegurarse de que funciona, para luego utilizar el patrón de diseño para mejorar las flaquezas; esto es cierto, sobre todo, cuando aún no ha identificado todos los detalles del proyecto ( comprensión del dominio del problema)Los patrones de diseño pueden incrementar o disminuir la capacidad de comprensión de un diseño o de una implementación,

¿ que familias de patrones de diseño utilizaremos?

Para este curso, usaremos dos familias de patrones de diseño propuestos en la bibliografía sugerida. Cabe destacar que existen muchas familias de patrones de diseño, por lo que nos basaremos en los mas usados, en función del objetivo que nos hemos planteado en este curso.

Las familias serán GRASP Y GAO

Descripción de familias de patrones

GRASP : son patrones generales de software para asignación de responsabilidades, es el acrónimo de "General Responsibility Assignment Software Patterns" . son una serie de "buenas prácticas" de aplicación recomendable en el diseño de software. Patrones GRASP; Experto , Creador , Bajo Acoplamiento ,Alta Cohesión ,Controlador

Descripción de familias de patrones

GOF: Es la abreviación del grupo Gang of Four, compuesto por Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Jhonson y John Vlisides, quienes en su publicación “ Design Patterns” ( década de los 90s), describen 23 patrones de diseño comúnmente utilizados y de gran aplicabilidad en problemas de diseño usando modelamiento UML.Estos patrones se agrupan en las siguientes categorías : Creacionales, estructurales y de comportamiento.

Relación de familias de patrones de diseño

PATRONES

GOF

GRASP

Experto

Creador

Bajo acoplamiento

Alta Cohesión

Controlador

Creacionales

Estructurales

Comportamiento

Fabrica, constructor, método de fabricación, prototipo ,

instancia única

Adaptador, puente, objetoCompuesto, envoltorio, fachada,

Peso ligero, proxy

Cadena responsabilidad, orden,Intérprete, iterador, mediador, recuerdo,

Observador, estado, estrategia, método plantilla, visitante

Patrones GRASP

Experto

El GRASP de experto en información es el principio básico de asignación de responsabilidades en diseño O.O. Nos indica que la responsabilidad de la creación de un objeto debe recaer sobre la clase que conoce toda la información necesaria para crearlo.Nótese, que el cumplimiento de una responsabilidad requiere a menudo información distribuida en varias clases de objetos.

Ejemplo del patrón expertoEjemploEn la aplicación del punto de venta,alguna clase necesita conocer elgran total de la venta. Comience asignando las responsabilidades conuna definición clara de ellas. A partirde esta recomendación se plantea lapregunta:

¿Quién es el responsable de conocer el gran total de la venta?

Desde el punto de vista del patrón Experto, deberíamos buscar la claseDe objetos que posee la información necesaria para calcular el total.

En conclusión, para cumplir con la responsabilidadde conocer y dar el total de la venta, se asignarontres responsabilidades a las tres clasesde objeto así:Venta ( conoce total de la venta)Ventaslineaproductos ( conoce subtotal de la linea deproductos)Especificaciondeproducto (conoce el precio del producto)

CreadorEl patrón creador nos ayuda a identificar quién debe ser el responsable de la creación (o instanciación) de nuevos objetos o clases.El patrón Creador guía la asignación de responsabilidades relacionadas con la creación de objetos, tarea muy frecuente en los sistemas orientados a objetos.El propósito fundamental de este patrón es encontrar un creador que debemos conectar con el objeto producido en cualquier evento.Al escogerlo como creador, se da soporte al bajo acoplamiento.

Ejemplo patrón creadorEjemplo En la aplicación del punto de venta, ¿quiénDebería encargarse de crear una InstanciaVentasLineadeProducto?

Desde el punto de vista del patrón Creador,deberíamos buscar una clase que agregue,contenga y realice otras operaciones sobre estetipo de instancias

Una Venta contiene (en realidad, agrega)muchos objetos VentasLineadeProducto;

por ello, el patrón Creador sugiere queVenta es idónea para asumir laresponsabilidad de crear las instanciasVentasLineadeProducto.

Esta asignación de responsabilidadesrequiere definir en Venta un método dehacer-LineadeProducto.

Bajo acoplamientoEs la idea de tener las clases lo menos ligadas entre sí que se pueda. De tal forma que en caso de producirse una modificación en alguna de ellas, se tenga la mínima repercusión posible en el resto de clases, potenciando la reutilización, y disminuyendo la dependencia entre las clasesLos beneficios de este factor es que no se afectan por cambios de otros componentes, son fáciles de entender por separado y fáciles de reutilizar.

Ejemplo bajo acoplamientoEjemplo: En el caso del punto deVentas se tienen tres clasesPago, TPDV y Venta y se quierecrear una instancia de Pago yasociarla a Venta.

¿Que clase es la responsable derealizarlo?

Según el patrón de BajoAcoplamiento la relación deberíaser a través de TPDV.

Esta última asociación es mejorDado que Venta realiza lacreación del Pago y no TPDV porlo tanto se reduce la dependencia

de este último con el resto de las clases.

Alta CohesiónNos dice que la información que almacena una clase debe de ser coherente y está en la mayor medida de lo posible relacionada con la clase.La cohesión es una medida de cuán relacionadas y enfocadas están las responsabilidades de una clase.Una clase con alta cohesión, compartirá la responsabilidad de una operación, con otras clasesUna clase con baja cohesión, concentrará las responsabilidades de una o muchas operaciones .

Ejemplo alta cohesiónEjemplo: En el casodel punto de ventasse tienen tres clasesPago, TPDV y Venta yse quiere crear unainstancia de Pago yasociarla a Venta.

Este diseño delega a Venta la responsabilidad de crear el pago. Este diseño es conveniente ya que da soporte a una alta cohesión y aun bajo acoplamiento.

¿Qué pasa si el sistema tiene 50 operaciones, todas recibidas por laclase TPDV ? La clase se iría saturando con tareas y terminaría perdiendo la cohesión

ControladorEl patrón controlador es un patrón que sirve como intermediario entre una determinada interfaz y el algoritmo que la implementa, de tal forma que es la que recibe los datos del usuario y la que los envía a las distintas clases según el método llamado.Este patrón sugiere que la lógica de negocios debe estar separada de la capa de presentación, esto para aumentar la reutilización de código y a la vez tener un mayor control.Un Controlador es un objeto de interfaz no destinada al usuario que se encarga de manejar un evento del sistema. Define además el método de su operación.

Ejemplo de controladorPor ejemplo, cuando uncajero que usa un sistemade Terminal en el puntode venta oprime el botón"Terminar Venta”, estágenerando un eventosistémico que indica que “la venta ha terminado

Nótese que la clase TPDVApplet - parte de la capade presentación - transmite un mensaje introducirProducto al objeto TPDV.?No intervino en el proceso de la operación, ni la decisión de cómo manejarla, el applet selimitó a delegarla a la capa del dominio.

Patrones GOF

Creacionales1.-Fabrica abstracta (Abstract Factory) : Proporciona un interfaz para crear las familias de objetos relacionados o dependientes sin especificar sus clases concretas.2.-Constructor (Builder): Separa la construcción de un objeto complejo de su representación , de modo que el mismo proceso de construcción pueda crear representaciones diferentes.3.-Método fabricación(Factory Method) : Define un interfaz para crear un objeto, pero dejar a subclases decidir sus instancias . El Método De la fábrica deja a una clase la creación de ejemplares o copias a subclases.4.-Prototipo(Prototype) : Crea nuevos objetos creándolos de una instancia ya existente.5.-Instancia única (Singleton) : Asegure que una clase sólo tiene una instancia , y proporcionarle un punto global de acceso a dicha instancia

Estructurales6.-Adaptador (adapter) :Convierte la interfaz de una clase en otra interfaz que otra clase puede usar . debido a que la interfaces es incompatibles con dicha clase7.-Puente ( bridge) :Desacopla una abstracción de su implementación de modo que los dos puedan variar por separado.8.-Peso ligero (Flyweight ) :Reduce la redundancia cuando gran cantidad de objetos poseen idéntica información. 9.-Fachada (Facade) : Proporciona un interfaz unificada a un juego de interfaces en un subsistema. La fachada define un interfaz de nivel más alto que hace el subsistema fácil de usar.10.-Envoltorio (Decorator) :Adjunta responsabilidades adicionales a un objeto dinámicamente. Los decoradores proporcionan una alternativa flexible a la subclasificación para ampliar la funcionalidad.11.-Objeto compuesto (Composite) :El objeto compuesto permite tratar a jerarquías de objetos en individuales y composiciones de objetos uniformemente como si se tratase de objetos simples12.-Proxy : Mantiene un representante de un objeto

Comportamiento13.-Cadena responsabilidad (Chain of Responsibility ): Encadena los objetos de encubrimiento y pasa la petición a lo largo de la cadena hasta que un objeto la maneja. Permite establecer la línea que deben llevar los mensajes para que los objetos realicen la tarea indicada. 14.-Orden (Command) : Encapsula una operación en un objeto, permitiendo ejecutar dicha operación sin necesidad de conocer el contenido de la misma. 15.-Intérprete (Interpreter) :Considerando un lenguaje , define un representación para su gramática con un intérprete que usa la representación para interpretar sentencias en el mismo lenguaje.16.-Iterador (Iterator) :Proporciona un modo de tener acceso a los elementos de un objeto agregado secuencialmente sin exponer su representación subyacente.17.-Mediador (Mediator) :Define un objeto que coordine la comunicación entre objetos de distintas clases, pero que funcionan como un conjunto. 18.-Recuerdo (Memento) : Sin violar encapsulación, captura y externaliza el estado interno de un objeto de modo que el objeto pueda ser restaurado a este estado más tarde.

Comportamiento19.-Observador (Observer) : Define de uno a varios la dependencia entre objetos de modo que cuando se produce un cambio de estado del objeto, todos sus dependientes sean notificados y puestos al día automáticamente.20-Estado (State) :Permite que un objeto modifique su comportamiento cada vez que cambie su estado interno 21.-estrategia (Strategy) : Define una familia de algoritmos ( métodos ), encapsula cada uno, y los hace permutables. La estrategia deja al algoritmo ( método ) variar por separado de los clientes ( objetos ) que lo usan o invocan .22.-método plantilla ( template method) :Define el esqueleto de un algoritmo en una operación, aplazando algunos pasos a subclases. El Método de Plantilla deja a subclases redefinir los ciertos pasos de un algoritmo sin cambiar la estructura del algoritmo.23.-Visitante (Visitor) :Permite definir nuevas operaciones sobre una jerarquía de clases sin modificar las clases sobre las que opera.

Patrones gof

Fabrica abstracta constructor

Patrones gof

Método de fabricación prototipo

Patrones gof

Instancia única adaptador

Patrones gof

Puente Peso ligero

Patrones gof

Fachadadecorador

Patrones gof

proxy Objeto compuesto

Patrones gof

Cadena de responsabilidad Orden

Patrones gof

iterador mediador

Patrones gof

observador plantilla

Patrones gof

Visitador

Bibliografía

UML y patrones ;Craig Larman. Desingn Patterns; Gamma,

Helm,johnson,vlissides. Wikipedia, Internet.