PATRONES DE DISEÑO: PARTE 1
Los patrones de diseño 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 resulta ser 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 reutilizable, lo que significa que es aplicable a diferentes problemas de diseño en distintas circunstancias.
Los patrones de diseño pretenden:
- Proporcionar catálogos de elementos reusables en el diseño de sistemas software.
- Evitar la reiteración en la búsqueda de soluciones a problemas ya conocidos y solucionados anteriormente.
- Formalizar un vocabulario común entre diseñadores.
- Estandarizar el modo en que se realiza el diseño.
- Facilitar el aprendizaje de las nuevas generaciones de diseñadores condensando conocimiento ya existente.
Asimismo, no pretenden:
- Imponer ciertas alternativas de diseño frente a otras.
- Eliminar la creatividad inherente al proceso de diseño.
No es obligatorio utilizar los patrones, solo es aconsejable en el caso de tener el mismo problema o similar que soluciona el patrón, siempre teniendo en cuenta que en un caso particular puede no ser aplicable. "Abusar o forzar el uso de los patrones puede ser un error".
PATRÓN ADAPTER
El patrón adapter nos permite ampliar la funcionalidad de una clase o interfaz adaptando objetos que no coinciden con una determinada jerarquía de clases.
Convierte la interfaz de una clase en otra interfaz que el cliente espera. Adapter permite a las clases trabajar juntas, lo que de otra manera no podría hacerlo debido a sus interfaces incompatibles.
Cuándo usarlo:
- Se desea usar una clase existente, y su interfaz no se iguala con la necesitada.
- Cuando se desea crear una clase reusable que coopera con clases no relacionadas, es decir, las clases no tienen necesariamente interfaces compatibles.
Solución: Utilizar el patrón Adapter para extender la funcionalidad de la interfaz adaptando el auto eléctrico.
Creamos una interfaz llamada Car que representará de forma genérica a un Auto:
Car.java
Código
package net.elhacker.adapter; public interface Car { void fillTank(); default void start() { } }
NOTA: el método start() lo predefinimos porque será el mismo para todos las implementaciones.
Ahora sus implementaciones: GasolineCar y GasCar. Representan un auto a gasolina y otro a gas.
GasolineCar.java
Código
package net.elhacker.adapter; public class GasolineCar implements Car { public GasolineCar() { super(); // llamada al constructor padre } @Override public void fillTank() { } }
GasCar.java
Código
package net.elhacker.adapter; public class GasCar implements Car { public GasCar() { super(); // llamada al constructor padre } @Override public void fillTank() { } }
Ambos autos, GasolineCar y GasCar necesitan combustible para funcionar. Por eso, el método fillTank llena el combustible de ellos, dependiendo si es gasolina o gas.
Ahora queremos añadir un auto eléctrico a nuestra jerarquía de clases.
ElectricCar.java
Código
package net.elhacker.adapter; public class ElectricCar { public ElectricCar() { super(); // llamada al constructor padre } public void connect() { } }
Nos damos con la sorpresa que éste auto no coincide con nuestra jerarquía. La interfaz Car dice que todos los autos que la implementen deben tener el método fillTank. Pero, ¿Como un auto eléctrico puede llenar el tanque? ¿Cómo hacemos para adaptar éste auto a nuestra jerarquía?
Un error es común es modificar la interfaz o clase abstracta. Ésto viola el principio OCP, el cual nos dice:
Citar
Las entidades de software deben ser abiertas para ser extendidas y cerradas para no ser modificadas.
Aquí toma importancia en patrón Adapter. Éste patrón nos permite ampliar la funcionalidad de una interfaz si tener que cambiar código en ella. Veamos como funciona.
Código
package net.elhacker.adapter; public class ElectricCarAdapter implements Car { ElectricCar electricCar; public ElectricCarAdapter() { electricCar = new ElectricCar(); } @Override public void fillTank() { electricCar.connect(); } }
Como vemos hemos podido adaptar nuestro auto eléctrico a nuestra interfaz Car. ¡Ahora, podemos crear tanto autos a gasolina, gas o eléctricos aplicando polimorfismo!
Veamos que salida nos arroja:
AdapterTest.java
Código
package net.elhacker.adapter; public class AdapterTest { Car gasolineCar = new GasolineCar(); gasolineCar.fillTank(); gasolineCar.start(); Car gasCar = new GasCar(); gasCar.fillTank(); gasCar.start(); Car electricCar = new ElectricCarAdapter(); electricCar.fillTank(); electricCar.start(); } }
Salida:
Código:
Creando un auto a gasolina...
Colocando gasolina...
Encendiendo auto...
Creando un auto a gas...
Colocando gas...
Encendiendo auto...
Creando un auto eléctrico...
Conectando motor a generador de electricidad...
Encendiendo auto...
Y así podemos extender la funcionalidad de nuestra aplicación de forma sencilla y eficiente.
PATRÓN FACADE
Descripción: El patrón fachada viene motivado por la necesidad de estructurar un entorno de programación y reducir su complejidad con la división en subsistemas, minimizando las comunicaciones y dependencias entre éstos.
Cuándo usarlo:
- Se usa para proporcionar una interfaz sencilla para un sistema complejo.
- Se quiere desacoplar un subsistema de sus clientes u otros subsistemas, haciéndolo mas independiente y portable.
- Se quiera dividir los sistemas en niveles: las fachadas serian el punto de entrada a cada nivel.
- + La principal ventaja del patrón fachada consiste en que para modificar las clases de los subsistemas, sólo hay que realizar cambios en la interfaz/fachada, y los clientes pueden permanecer ajenos a ello. Además, y como se mencionó anteriormente, los clientes no necesitan conocer las clases que hay tras dicha interfaz.
- - Como inconveniente, si se considera el caso de que varios clientes necesiten acceder a subconjuntos diferentes de la funcionalidad que provee el sistema, podrían acabar usando sólo una pequeña parte de la fachada, por lo que sería conveniente utilizar varias fachadas más específicas en lugar de una única global.
Solución: Aplicar el patrón Facade para encapsular todos los objetos que hacen las 3 operaciones.
Bank.java
Código
package net.elhacker.facade; public class Bank { public Bank() { } } }
Deposit.java
Código
package net.elhacker.facade; public class Deposit { public Deposit() { } } }
Withdrawal.java
Código
package net.elhacker.facade; public class Withdrawal { public Withdrawal() { } } }
Ahora, creamos nuestra clase principal:
FacadeTest.java
Código
package net.elhacker.facade; public class Facade { Bank bank = new Bank(); Deposit deposit = new Deposit(); Withdrawal withdrawal = new Withdrawal(); bank.createAccount("9343435093"); deposit.makeDeposit(2599.90, "9343435093"); withdrawal.makeWidthdrawal(699.90, "9343435093"); } }
Como vemos creamos 3 objetos los cuales se encargan de efectuar las acciones. Pero, ¿es necesario crear éstos tres objetos en éste ambito? ¿Los vamos a necesitar siempre?
Una mejor idea sería encapsular éstos objetos dentro de uno solo que se encargue de realizar todas las operaciones. Éste es el propósito del patrón Facade, actuar como intermediario entre la interfaz y las funcionalidades de un sistema. Veamos como se representa:
OperationsFacade.java
Código
package net.elhacker.facade; public class OperationsFacade { public OperationsFacade() { } new Bank().createAccount(account); } new Deposit().makeDeposit(amount, account); } new Withdrawal().makeWidthdrawal(amount, account); } }
Como podemos observar, ésta clase encapsula el comportamiento de las clases Bank, Deposit y Withdrawal. Ya no tenemos que declarar los objetos porque éstos se crean en los métodos de OperationsFacade y se destruyen al finalizar el mismo. ¡Además ahorramos memoria!
Ahora, veamos como queda la clase principal:
FacadeTest.java
Código
package net.elhacker.facade; public class FacadeTest { OperationsFacade facade = new OperationsFacade(); facade.createAccount("9343435093"); facade.makeDeposit(2599.90, "9343435093"); facade.makeWithdrawal(699.90, "9343435093"); } }
Como podemos ver, solo necesitamos de un objeto OperationsFacade para realizar todas las operaciones. Así aplicamos también el principio KISS (Keep it simple stupid!).
Salida:
Código:
Creando cuenta N° 9343435093
Se ha depositado $2599.9 a la cuenta 9343435093
Se ha retirado $699.9 de la cuenta 9343435093
PATRÓN ABSTRACT FACTORY
Descripción: El patrón Abstract Factory nos permite crear, mediante una interfaz, conjuntos o familias de objetos (denominados productos) que dependen mutuamuente y todo esto sin especificar cual es el objeto concreto.
Cuándo usarlo:
- Un sistema debe ser independiente de como sus objetos son creados.
- Un sistema debe ser 'configurado' con una cierta familia de productos.
- Se necesita reforzar la noción de dependencia mutua entre ciertos objetos.
- + Brinda flexibilidad al aislar a las clases concretas.
- + Facilita cambiar las familias de productos.
- - Para agregar nuevos productos se deben modificar tanto las fabricas abstractas como las concretas.
Solución: Utilizar el patrón Abstract Factory para crear los objetos solicitados.
Primero, creamos una clase abstracta llamada Animal que representará de forma genérica a un Animal:
Animal.java
Código
package net.elhacker.factory; public abstract class Animal { this.type = type; this.family = family; this.habitat = habitat; } return type; } this.type = type; } return family; } this.family = family; } return habitat; } this.habitat = habitat; } @Override return "Tipo de animal: "+getType()+"\nFamilia: "+getFamily()+ "\nHábitat: "+getHabitat(); } }
Y tres animales que extienden de Animal:
Dog.java
Código
package net.elhacker.factory; public class Dog extends Animal { super(type, family, habitat); } }
Shark.java
Código
package net.elhacker.factory; public class Shark extends Animal { super(type, family, habitat); } }
Lion.java
Código
package net.elhacker.factory; public class Lion extends Animal { super(type, family, habitat); } }
Bien, ya tenemos nuestros 3 tipos de animales que heredan de Animal: Dog, Shark y Lion. Como la tarea es construir objetos sin especificar de qué tipo son, creamos una fábrica abstracta que especifica la creación de un Animal genérico sin especificar de qué tipo:
AbstractAnimalFactory.java
Código
package net.elhacker.factory; public interface AbstractAnimalFactory { Animal createAnimal(); }
Ahora, el siguiente paso es hacer las implementaciones de ésta fábrica abstracta, es decir las fábricas concretas que crearán los objetos concretos:
DogFactory.java
Código
package net.elhacker.factory; public class DogFactory implements AbstractAnimalFactory { this.type = type; this.family = family; this.habitat = habitat; } @Override public Animal createAnimal() { return new Dog(type, family, habitat); } }
SharkFactory.java
Código
package net.elhacker.factory; public class SharkFactory implements AbstractAnimalFactory { this.type = type; this.family = family; this.habitat = habitat; } @Override public Animal createAnimal() { return new Shark(type, family, habitat); } }
LionFactory.java
Código
package net.elhacker.factory; public class LionFactory implements AbstractAnimalFactory { this.type = type; this.family = family; this.habitat = habitat; } @Override public Animal createAnimal() { return new Lion(type, family, habitat); } }
Analicemos un poco el código. Cada una de las implementaciones de AbstractAnimalFactory especifican la implementación que tendrá para crear un tipo de animal.
Cada factoría concreta, tiene las 3 propiedades que necesita cada objeto para poder crearse. Así mismo, dichos datos se pasan como parámetros a su constructor para establecer los valores en las propiedades que se utilizarán para crear una instancia del objeto.
Establece las propiedades:
Código
Y usa esas mismas propiedades para crear el objeto:
Código
@Override public Animal createAnimal() { return new Lion(type, family, habitat); }
Finlamente, se sobre-escribe el método de la factoría abstracta createAnimal() para retornar un nuevo objeto de acuerdo al tipo de factoría. Así, la factoría de Perros, creará objetos tipo Perro, la factoría de Tiburones creará objetos tipo Tiburón y la factoría de Leones, crearán objetos tipo León.
Por último, especificamos una Fábrica global que utilizará las 3 fábricas para crear los objetos (Aquí se aplica también el patrón Facade):
AnimalFactory.java
Código
package net.elhacker.factory; public abstract class AnimalFactory { public static Animal create(AbstractAnimalFactory factory) { return factory.createAnimal(); } }
Ésta clase recibe un objeto que implemente la interfaz AbstractAnimalFactory, por lo tanto podrá recibir objetos tipo: DogFactory, SharkFactory y LionFactory. Luego simplemente usa la factoría especificada para crear un animal mediante polimorfismo.
Ahora construyamos nuestra clase principal para probar el funcionamiento del patrón:
FactoryTest.java
Código
package net.elhacker.factory; public class FactoryTest { Animal dog = AnimalFactory.create(new DogFactory("Perro","Caninos","Doméstico")); Animal shark = AnimalFactory.create(new SharkFactory("Tiburón", "Lámnidos", "Mar")); Animal lion = AnimalFactory.create(new LionFactory("León", "Felinos", "Selva")); } }
Utilizamos el método estático create() de AnimalFactory que recibe una implementación de la interfaz AbstractAnimalFactory, en éste caso un objeto DogFactory al que se le asignan los valores “Perro”, “Caninos” y “Doméstico” y finalmente AnimalFactory llama al método createAnimal() de DogFactory para crear un animal tipo Dog y devolverlo hacia AnimalFactory que lo devuelve y lo guarda en el objeto 'dog'. El mismo procedimiento es para todas las factorías.
Salida:
Código:
Tipo de animal: Perro
Familia: Caninos
Hábitat: Doméstico
Tipo de animal: Tiburón
Familia: Lámnidos
Hábitat: Mar
Tipo de animal: León
Familia: Felinos
Hábitat: Selva
Y de ésta manera sencilla, podemos usar tantas fábricas como queramos para poder crear objetos si generar dependencias
PATRÓN SINGLETON
Cuándo usarlo:
- Cuando la aplicación requiere que solo exista una instancia de un determinado objeto.
Solución: Utilizar el patrón Singleton para encapsular la configuración de la aplicación.
Para utilizar éste patrón se deben seguir dos reglas:
- El primer paso es hacer el constructor privado para que no se pueda llamar y por lo tanto, no se puedan crear instancias.
- El segundo paso es crear una instancia de la clase y devolverla mediante un método estático.
Teniendo en cuenta éstas reglas, creamos una clase que representa a la configuración de la aplicación:
Configuration.java
Código
package net.elhacker.singleton; import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class Configuration { private Map<String,Object> appOptions = null; private static Configuration config; private Configuration() { } public static Configuration getConfiguration() { if(config == null) { config = new Configuration(); } return config; } public Map<String,Object> getAppOptions() { if(appOptions == null) { appOptions = new HashMap<>(); appOptions.put("theme", "dark"); appOptions.put("show_hidde_files", true); } return appOptions; } public void setAppOptions(Map<String,Object> appOptions) { this.appOptions = appOptions; } }
Y simplemente, cuando la necesitemos, obtenemos su única instancia:
SingletonTest.java
Código
package net.elhacker.singleton; import java.util.Map; public class SingletonTest { Configuration cfg = Configuration.getConfiguration(); // recorre el hashmap para leer las claves y valores } } }
Salida:
Código:
show_hidde_files: true
theme: dark
NOTA IMPORTANTE:
Generalmente, cuando se usa éste patrón, se garantiza que solamente existirá una instancia de dicha clase. Pero, si se trata de una aplicación web y se va a integrar una aplicación web con otra, es probable que ya no exista una sola instancia.
Ésto se debe a los ClassLoaders. Cada contenedor de cada aplicación web (WAR) tiene su propio ClassLoader, por lo que en el supuesto caso de una integración de WARs, las instancias serán dos y no una como se había previsto.