Wzorce projektowe oprogramowania to komunikujące się obiekty i klasy, które są dostosowane do rozwiązywania ogólnego problemu projektowego w określonym kontekście. Wzorce projektowe oprogramowania to ogólne, nadające się do ponownego użycia rozwiązania typowych problemów pojawiających się podczas projektowania i tworzenia oprogramowania. Reprezentują najlepsze praktyki rozwiązywania określonych typów problemów i umożliwiają programistom komunikowanie się na temat skutecznych rozwiązań projektowych.

Zrozumienie i zastosowanie tych wzorców może znacznie poprawić Twoje umiejętności tworzenia oprogramowania. Dla tych, którzy chcą pogłębić swoją wiedzę i zastosować wzorce projektowania oprogramowania, nasza kompleksowa kurs projektowania systemów oferuje ustrukturyzowane podejście do opanowania tych podstawowych pojęć. Ucząc się na przykładach z życia codziennego i spostrzeżeniach ekspertów, możesz rozwijać wiedzę specjalistyczną, aby skutecznie wdrażać te wzorce w swoich projektach.

Spis treści

• Rodzaje wzorców projektowych oprogramowania
• Twórcze wzorce projektowe
• Wzorce projektowania strukturalnego
• Behawioralne wzorce projektowe
• Wzorce projektowe w różnych językach
• Pytania do rozmowy kwalifikacyjnej na temat wzorców projektowych oprogramowania
• Często zadawane pytania dotyczące wzorców projektowych oprogramowania

Rodzaje wzorców projektowych oprogramowania

Istnieją trzy typy wzorców projektowych:

• Kreatywny wzór projektowy
• Wzorzec projektu konstrukcyjnego
• Wzorzec projektowy zachowań

Twórcze wzorce projektowe

Wzorzec projektu kreatywnego streszcza proces tworzenia instancji. Pomagają w uniezależnieniu systemu od sposobu, w jaki jego obiekty są tworzone, komponowane i reprezentowane.

Rodzaje kreatywnych wzorców projektowych:

1. Wzór projektowy metody fabrycznej

Wzorzec Metoda fabryczna służy do tworzenia obiektów bez określenia dokładnej klasy obiektu, który zostanie utworzony. Ten wzorzec jest przydatny, gdy trzeba oddzielić tworzenie obiektu od jego implementacji.

2. Abstrakcyjny wzór projektowy metody fabrycznej

Abstrakcyjny wzór fabryczny jest prawie podobny do wzorca fabrycznego i jest uważany za kolejną warstwę abstrakcji w stosunku do wzoru fabrycznego. Abstrakcyjne wzorce fabryczne działają wokół superfabryki, która tworzy inne fabryki.

3. Wzorzec projektowy metody Singletona

Metoda Singleton lub wzorzec Singleton Design to jeden z najprostszych wzorców projektowych. Zapewnia, że ​​klasa ma tylko jedną instancję i zapewnia globalny punkt dostępu do niej.

4. Wzór projektowy metody prototypowej

Prototyp pozwala ukryć przed klientem złożoność tworzenia nowych instancji. Koncepcja polega na skopiowaniu istniejącego obiektu zamiast tworzenia nowej instancji od zera, co może wiązać się z kosztownymi operacjami. Istniejący obiekt pełni rolę prototypu i zawiera stan obiektu.

5. Wzorzec projektowy metody konstruktora

Wzorzec konstruktora ma na celu oddzielenie konstrukcji złożonego obiektu od jego reprezentacji, tak aby ten sam proces budowy mógł stworzyć różne reprezentacje. Służy do konstruowania złożonego obiektu krok po kroku, a ostatni krok zwróci obiekt.

Wzorce projektowania strukturalnego

Wzorce projektowania strukturalnego dotyczą sposobu, w jaki klasy i obiekty są komponowane w większe struktury. Wzorce klas strukturalnych wykorzystują dziedziczenie do tworzenia interfejsów lub implementacji.

Rodzaje wzorców projektowania konstrukcyjnego:

skanowanie Java.nextstring

1. Wzorzec projektowy metody adaptera

Wzorzec adaptera konwertuje interfejs klasy na inny interfejs, jakiego oczekują klienci. Adapter umożliwia współpracę klas, która w innym przypadku nie byłaby możliwa ze względu na niekompatybilne interfejsy.

2. Wzór projektowy metody mostowej

Wzorzec mostu umożliwia niezależne tworzenie Abstrakcji i Implementacji, a kod klienta może uzyskać dostęp tylko do części Abstrakcji, nie martwiąc się o część Implementację.

3. Wzór projektowy metody złożonej

Wzorzec złożony jest wzorcem projektowym partycjonującym i opisuje grupę obiektów, która jest traktowana w taki sam sposób, jak pojedyncze wystąpienie obiektu tego samego typu. Zamiarem kompozytu jest komponowanie obiektów w struktury drzewiaste, aby reprezentować hierarchie część-całość.

4. Wzorzec projektowy metody dekoratora

Pozwala nam dynamicznie dodawać funkcjonalność i zachowanie do obiektu bez wpływu na zachowanie innych istniejących obiektów w tej samej klasie. Dziedziczenia używamy do rozszerzenia zachowania klasy. Ma to miejsce w czasie kompilacji i wszystkie instancje tej klasy uzyskują rozszerzone zachowanie.

5. Wzór projektowy metody fasadowej

Wzorzec projektowy metody fasadowej zapewnia ujednolicony interfejs do zestawu interfejsów w podsystemie. Fasada definiuje interfejs wysokiego poziomu, który ułatwia korzystanie z podsystemu.

6. Wzór projektowy metody wagi muszej

Ten wzorzec zapewnia sposoby zmniejszania liczby obiektów, poprawiając w ten sposób strukturę obiektów wymaganych przez aplikację. Wzór Flyweight wykorzystujemy, gdy potrzebujemy stworzyć dużą liczbę podobnych obiektów.

7. Wzorzec projektowy metody proxy

Pełnomocnictwo oznacza „zamiast”, reprezentowanie”, „zamiast” lub „w imieniu” to dosłowne znaczenie słowa proxy, które bezpośrednio wyjaśnia wzorzec projektowy proxy. Serwery proxy nazywane są także surogatami, uchwytami i opakowaniami. Są one ściśle powiązane pod względem struktury, ale nie celu, z adapterami i dekoratorami.

Behawioralne wzorce projektowe

Wzorce behawioralne dotyczą algorytmów i przydziału odpowiedzialności pomiędzy obiektami. Wzorce behawioralne opisują nie tylko wzorce obiektów lub klas, ale także wzorce komunikacji między nimi. Wzorce te charakteryzują złożony przepływ sterowania, który jest trudny do przestrzegania w czasie wykonywania.

Rodzaje wzorców projektowania zachowań:

1. Wzorzec projektowy metody łańcucha odpowiedzialności

Wzorzec łańcucha odpowiedzialności służy do uzyskania luźnego powiązania w projektowaniu oprogramowania, w którym żądanie od klienta jest przekazywane do łańcucha obiektów w celu ich przetworzenia. Później obiekt w łańcuchu sam zdecyduje, kto będzie przetwarzał żądanie i czy żądanie ma zostać przesłane do następnego obiektu w łańcuchu, czy nie.

2. Wzorzec projektowy metody poleceń

Wzorzec poleceń to behawioralny wzorzec projektowy, który zamienia żądanie w samodzielny obiekt zawierający wszystkie informacje na temat żądania. Obiekt ten można przekazywać, przechowywać i wykonywać w późniejszym czasie

3. Wzorzec projektowy metody interpretera

Wzorzec interpretera służy do definiowania gramatycznej reprezentacji języka i zapewnia interpreter radzący sobie z tą gramatyką.

4. Wzorzec projektowy metody mediatora

Umożliwia oddzielenie obiektów poprzez wprowadzenie warstwy pomiędzy nimi, dzięki czemu interakcja między obiektami odbywa się za pośrednictwem warstwy.

5. Wzorce projektowe metody Memento

Służy do przywrócenia stanu obiektu do stanu poprzedniego. W miarę postępu aplikacji możesz chcieć zapisywać w niej punkty kontrolne i przywracać je później. Zamiarem wzorca Memento Design jest bez naruszania enkapsulacji, przechwytywanie i uzewnętrznianie stanu wewnętrznego obiektu, aby obiekt mógł później zostać przywrócony do tego stanu.

6. Wzorzec projektowy metody obserwatora

Definiuje zależność jeden do wielu między obiektami, tak że gdy jeden obiekt (podmiot) zmienia swój stan, wszystkie jego osoby zależne (obserwatorzy) są automatycznie powiadamiane i aktualizowane.

7. Wzorzec projektowy metody stanu

Wzorzec projektowania stanu jest używany, gdy obiekt zmienia swoje zachowanie w oparciu o swój stan wewnętrzny. Jeśli musimy zmienić zachowanie obiektu w oparciu o jego stan, możemy umieścić zmienną stanu w obiekcie i użyć bloku warunków if-else, aby wykonać różne akcje w zależności od stanu.

8. Wzorzec projektowy metody strategii

Wzorzec projektowy strategii umożliwia wybór zachowania obiektu w czasie wykonywania. Jest to jeden ze wzorców projektowych Gangu Czterech (GoF), które są szeroko stosowane w programowaniu obiektowym. Wzorzec strategii opiera się na idei hermetyzacji rodziny algorytmów w oddzielnych klasach, które implementują wspólny interfejs.

9. Wzorzec projektowy metody szablonowej

Wzorzec projektowy metody szablonowej polega na zdefiniowaniu algorytmu jako szkieletu operacji i pozostawieniu szczegółów do zaimplementowania przez klasy potomne. Ogólna struktura i sekwencja algorytmu są zachowywane przez klasę nadrzędną.

10. Wzorzec projektowy metody odwiedzającego

Stosuje się go, gdy musimy wykonać operację na grupie obiektów podobnego rodzaju. Za pomocą wzorca gościa możemy przenieść logikę operacyjną z obiektów do innej klasy.

Wzorce projektowe w różnych językach

Pytania do rozmowy kwalifikacyjnej na temat wzorców projektowych oprogramowania

• Zaprojektuj parking, stosując zasady obiektowe
• Projektuj struktury danych i algorytmy dla systemu plików w pamięci
• Jak zapobiec wzorowi Singletona przed odbiciem, serializacją i klonowaniem?

Często zadawane pytania dotyczące wzorców projektowych oprogramowania

1. Jakie są wzorce projektowania oprogramowania?

• Wzorce projektowe oprogramowania to rozwiązania typowych problemów pojawiających się podczas tworzenia oprogramowania, które można ponownie wykorzystać. Stanowią szablony do rozwiązywania powtarzających się problemów projektowych i umożliwiają tworzenie elastycznych, skalowalnych i łatwych w utrzymaniu systemów oprogramowania.

2. Dlaczego wzorce projektowe są ważne w tworzeniu oprogramowania?

• Wzorce projektowe promują najlepsze praktyki, zwiększają czytelność kodu i ułatwiają jego ponowne użycie. Pomagają w tworzeniu oprogramowania, które jest modułowe, rozszerzalne i łatwiejsze w utrzymaniu, redukując czas i wysiłki związane z rozwojem.

3. Czym wzorce projektowe różnią się od algorytmów?

• Wzorce projektowe koncentrują się na rozwiązywaniu powtarzających się problemów projektowych na poziomie architektonicznym lub strukturalnym, kładąc nacisk na organizację kodu. Algorytmy natomiast to procedury krok po kroku służące rozwiązywaniu konkretnych problemów na poziomie obliczeniowym.

4. Jakie są popularne typy wzorców projektowych?

• Wzorce projektowe dzielą się na trzy główne typy: kreacyjne, strukturalne i behawioralne. Wzorce kreacyjne dotyczą tworzenia obiektów, wzorce strukturalne dotyczą składu obiektów, a wzorce zachowań dotyczą współpracy i odpowiedzialności za obiekty.

5. Czy możesz podać przykłady kreacyjnych wzorców projektowych?

• Przykładami są Singleton (zapewnienie, że klasa ma tylko jedną instancję), Metoda Factory (tworzenie obiektów bez określania dokładnej klasy) i Fabryka Abstrakcyjna (zapewnianie interfejsu do tworzenia rodzin powiązanych lub zależnych obiektów).

6. W jaki sposób wzorce projektowe zwiększają elastyczność kodu?

• Wzorce projektowe sprzyjają luźnym powiązaniom między komponentami, ułatwiając wymianę lub rozbudowę części systemu bez wpływu na inne. Ta elastyczność jest kluczowa dla dostosowania się do zmieniających się wymagań.

7. Kiedy warto stosować wzorce projektowe?

• Wzorców projektowych należy używać, gdy napotykasz powtarzające się problemy w projektowaniu oprogramowania. Są szczególnie przydatne w złożonych systemach, gdzie wymagane jest systematyczne i sprawdzone podejście do projektowania.

8. Czy wzorce projektowe są specyficzne dla języka?

• Nie, wzorce projektowe nie są powiązane z konkretnym językiem programowania. Są to rozwiązania koncepcyjne, które można wdrożyć w różnych językach. Jednakże składnia i szczegóły implementacji mogą się różnić.

9. Jak mogę poznać i opanować wzorce projektowe?

• Zacznij od zrozumienia podstawowych zasad wzorców projektowych. Przećwicz wdrażanie ich w swoich projektach i zapoznaj się z przykładami z życia wziętymi. Książki, tutoriale online i praktyczne zastosowanie w projektach przyczyniają się do opanowania wzorców projektowych.

10. Czy wzorce projektowe mają zastosowanie we wszystkich projektach oprogramowania?

• Chociaż wzorce projektowe oferują cenne rozwiązania typowych problemów projektowych, ich zastosowanie zależy od kontekstu i złożoności projektu. W prostszych projektach niektóre wzorce mogą być niepotrzebne, natomiast w większych projektach mogą odegrać kluczową rolę w utrzymaniu skalowalnej i zorganizowanej bazy kodu.

11. Jaka jest różnica pomiędzy wzorcem projektowym a antywzorem?

• Wzorce projektowe to sprawdzone rozwiązania typowych problemów, promujące najlepsze praktyki. W przeciwieństwie do tego, anty-wzorce są częstymi pułapkami lub złymi praktykami, które mogą prowadzić do złego projektowania oprogramowania i należy ich unikać.

12. Czy można nadużywać wzorców projektowych?

• Tak, nadużywanie wzorców projektowych bez uwzględnienia kontekstu i złożoności projektu może prowadzić do niepotrzebnie skomplikowanego kodu. Ważne jest, aby mądrze stosować wzorce projektowe tam, gdzie dodają one wartość i poprawiają strukturę kodu.

13. Czy mogę tworzyć własne wzorce projektowe?

• Tak, możesz tworzyć niestandardowe wzorce projektowe w oparciu o specyficzne potrzeby Twojego projektu. Ważne jest jednak, aby wzór odnosił się do powtarzającego się problemu i był zgodny z zasadami dobrego projektowania.

14. Jak wzorce projektowe odnoszą się do zapachu kodu?

• Wzorce projektowe pomagają eliminować zapach kodu (oznaki złego projektu), zapewniając sprawdzone rozwiązania typowych problemów. Rozpoznawanie zapachów kodu i eliminowanie ich jest niezbędne do tworzenia łatwego w utrzymaniu i wydajnego oprogramowania.

15. Czy istnieją wzorce projektowe dotyczące projektowania baz danych?

• Chociaż tradycyjne wzorce projektowe mogą nie mieć bezpośredniego zastosowania w projektowaniu baz danych, zasady takie jak normalizacja i denormalizacja można uznać za wzorce projektowe umożliwiające tworzenie wydajnych i skalowalnych struktur baz danych.

16. Czy wzorce projektowe można zastosować w architekturze mikroserwisów?

• Tak, wzorce projektowe można zastosować w architekturze mikrousług, aby sprostać typowym wyzwaniom, takim jak wykrywanie usług, komunikacja między usługami i odporność na błędy. Istotne są wzorce takie jak rejestr usług i wyłącznik automatyczny.

17. Jak wzorce projektowe wpływają na wydajność systemu?

• Właściwie zastosowane wzorce projektowe mogą zwiększyć wydajność systemu, promując efektywną organizację kodu i zmniejszając redundancję. Jednakże źle wybrane lub nadużywane wzorce mogą wprowadzać niepotrzebną złożoność i potencjalnie wpływać na wydajność.

18. Czy młodsi programiści muszą uczyć się wzorców projektowych?

• Chociaż nie jest to obowiązkowe, uczenie się wzorców projektowych może znacząco przynieść korzyści młodszym programistom, zapewniając im sprawdzone rozwiązania typowych problemów. Może przyspieszyć proces uczenia się i przyczynić się do pisania łatwiejszego w utrzymaniu kodu.

19. W jaki sposób wzorce projektowe przyczyniają się do dokumentacji kodu?

• Wzorce projektowe z natury dokumentują rozwiązania typowych problemów projektowych. Kiedy programiści znają wzorce projektowe, kod staje się samodokumentujący, co ułatwia innym zrozumienie projektu i wnoszenie w niego wkładu.

20. Czy wzorce projektowe można zastosować z mocą wsteczną do istniejących baz kodu?

• Tak, wzorce projektowe można zastosować z mocą wsteczną, ale proces ten może obejmować refaktoryzację istniejącego kodu. Bardzo ważne jest, aby ocenić wpływ wprowadzenia wzorca i upewnić się, że jest on zgodny z ogólną architekturą.

21. Czy istnieją wzorce projektowe dotyczące tworzenia stron internetowych?

• Tak, przy tworzeniu stron internetowych można zastosować wiele wzorców projektowych. Wzorce takie jak MVC, Observer i Singleton są powszechnie używane do organizowania i strukturyzowania kodu zarówno w programowaniu frontendowym, jak i backendowym.

22. Czym wzorce projektowe różnią się od wzorców architektonicznych?

• Wzorce projektowe rozwiązują konkretne problemy projektowe na niższym poziomie, koncentrując się na tworzeniu obiektów, kompozycji i interakcji. Z drugiej strony wzorce architektoniczne dotyczą struktur wyższego poziomu całej aplikacji lub systemu.

23. Czy wzorce projektowe można wykorzystać w programowaniu funkcjonalnym?

• Tak, wzorce projektowe można dostosować do paradygmatów programowania funkcjonalnego. Funkcjonalne wzorce projektowe koncentrują się na tworzeniu funkcji w celu rozwiązywania problemów oraz promowania niezmienności i bezpaństwowości.

24. Jaką rolę odgrywają wzorce projektowe w utrzymywaniu kodu podczas współpracy zespołowej?

• Wzorce projektowe przyczyniają się do łatwości konserwacji kodu, zapewniając wspólne słownictwo i strukturę. Kiedy zespół zna wzorce projektowe, współpraca staje się bardziej wydajna, a członkowie zespołu mogą łatwiej zrozumieć i uzasadnić bazę kodu.

25. Czy istnieją wzorce projektowe specjalnie dla systemów czasu rzeczywistego?

• Tak, systemy czasu rzeczywistego często wykorzystują wzorce projektowe dostosowane do konkretnych wyzwań. Wzorce takie jak wzorzec Observer można zastosować do obsługi powiadamiania o zdarzeniach i synchronizacji w czasie rzeczywistym.