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Design Pattern SS 15
Prof. Albert Zündorf
Fachgebiet für Software EngineeringWilhelmshöher Allee 73
34121 Kassel(Raum 1339)
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Organisatorisches
Umfang: 4 SWS teils Vorlesungen teils Übungen Übungsbetreuung: Marcel Hahn, … Ort und Zeit:
Vorlesung: Dienstags 16:00 - 19:00 Raum 1332(Erste Vorlesung:
14.04.15)Übung:? In obigem Zeitraum
Prüfung: Pflichtübungsaufgaben (korrigiert, bepunktet)
Folienskript / Screen Videos: http://www.se.eecs.uni-kassel.de.
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Literatur
Elementar: Norbisrath, Zündorf, Jubeh: Story Driven Modeling,
Amazon 2014, ISBN 9781483949253 (Das Buch überhaupt ) Grundlegend: E. Gamma, R. Helm, R. Johnson, J. Vlissides: Design Patterns
(Elements of Reusable Object-Oriented Software); Addison Wesley, Bonn, ISBN 0-201-63361-2 (1994)
Patterns Home Page: st-www.cs.uiuc.edu/users/patterns/patterns.html
Unified Modeling Language: Martin Hitz, Gerti Kappel: UML @ Work, dpunkt.verlag (ziemlich gut)
Hintergrund: Frederick P.\ Brooks: The Mythical Man Month, Addison Wesley 1975
(ist nur kurz aber ziemlich witzig, unbedingt mal lesen)
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Gliederung
1. Einführung 2. Design Grundprinzipien
3. Grundlegende Pattern
4. Weitere Pattern
5. Zusammenfassung
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1. Einführung
Ziele der Veranstaltung: Design Know How für große Programme > 100 000 LOC Grundprinzipien der Wartbarkeit und Erweiterbarkeit sicherer Umgang mit Vererbung und Delegation Grundkenntnis der wichtigsten Design Pattern
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Beispiel Composite Pattern
Realisierung hierarchischer Datenstrukturen kommt in praktisch allen Software-Anwendungen vor naiver Ansatz verursacht dramatische Wartungsprobleme Gute Lösung ist Ausgangspunkt für viele weitere Pattern
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Gliederung
1. Einführung
2. Design Grundprinzipien3. Grundlegende Pattern
4. Weitere Pattern
5. Zusammenfassung
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2. Design Grundprinzipien
Wartbarkeit Erweiterbarkeit ein Ort eine Design Entscheidung / eine Funktionalität lokale Änderungen
nur lokale Auswirkungen lokaler Änderung (Module/Klassen, Interfaces, Sichtbarkeiten)
"wenig" Vererbung
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Vererbung
Substitutionsprinzip:Kinder müssen halten was die Eltern versprechen
anstelle eines Elternklassenobjektes kann man auch immer ein Unterklassenobjekt verwenden
EnterpriseEmployee
work (t : Task) : Product
Manager
work (t : Task) : Productmanage ( proj : Project ) : Presentation
has
Project
Task
Presentation
Product
createddoes
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BeispielsituationenEnterpriseEmployee
work (t : Task) : Product
Managerwork (t : Task) : Productmanage ( proj : Project ) : Presentation
has
Project
Task
Presentation
Product
createddoes
…prod = e.work (t);…
Struktur
Verhalten Daten :Employee
:Employee
:Manager
:Task
:Product
:Presentation :Project
:Task
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BeispielsituationenEnterpriseEmployee
work (t : Task) : Product
Managerwork (t : Task) : Productmanage ( proj : Project ) : Presentation
has
Project
Task
Presentation
Product
createddoes
…prod = e.work (t);…
Struktur
Verhalten Daten :Employee
:Employee
:Manager
:Task
:Product
:Presentation :Project
:Task
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BeispielsituationenEnterpriseEmployee
work (t : Task) : Product
Managerwork (t : Task) : Productmanage ( proj : Project ) : Presentation
has
Project
Task
Presentation
Product
createddoes
…prod = e.work (t);…
Struktur
Verhalten Daten :Employee
:Employee
:Manager
:Task
:Product
:Presentation :Project
:Task
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BeispielsituationenEnterpriseEmployee
work (t : Task) : Product
Managerwork (t : Task) : Productmanage ( proj : Project ) : Presentation
has
Project
Task
Presentation
Product
createddoes
…prod = e.work (t);…
Struktur
Verhalten Daten :Employee
:Employee
:Manager
:Task
:Product
:Presentation :Project
:Task
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Co- und Contravariante Redefinitionen:
wegen Substituierbarkeit: input Parameter (Lesen) in Unterklassen
nur verallgemeinern(Contravariante Redefinition)
output Parametern (Schreiben in Unterklassen) nur spezialisieren(Covariante Redefinition)
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Delegation:
House
run ()alarm ()
FlashLightalarm()
Sirenealarm()
MailAlarmalarm()
alarmDevice
Struktur
Verhalten Daten
…this.alarm();… :House
:FlashLight
:Sirene
:MailAlarm
AlarmDevicealarm ()
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Hausaufgabe 1:deliveryBoy
Struktur
Verhalten Daten…myCourier.deliver(p1, "WilliAllee73");… :CourierService
:CarBoy
:BikeBoy
:RollerBoy
DeliveryBoydeliver(pack, addr)
BikeBoy
deliver(pack, addr)
RollerBoy
deliver(pack, addr)deliver(pack, addr)
CarBoy
CourierService
deliver(package, address)
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Hausaufgabe 1:
Implementiert obiges Klassendiagramm zur Delegation(z.B. mit SDMLib)
Implementiert die deliver(pack, addr) Methoden der DeliveryBoy–Unterklassen
macht jeweils unterschiedliche System.out Ausgaben Schreibt ein Testprogramm dass:
ein CourierService Objekt und ein Paket Kaffebohnen erzeugt,
nacheinander verschiedene DeliveryBoy Objekte einbaut
jeweils deliver(coffeeBeans, "WilliAlle73") aufruft
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Abgabe:
Bis Eclipse Projekt "DPH01<matrnr>" Eclipse Projekte inklusive Quellcode JUnit Test start mit einem Click
Vererbungskonzepte
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Gliederung
1. Einführung
2. Design Grundprinzipien
3. Grundlegende Pattern4. Weitere Pattern
5. Zusammenfassung
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1. Referenzarchitektur interaktive System
Repository
Data Model
GUI(Commands)
Generators / Interpreters
QVT(Control)
Import/ Export
GUI(Unparsing)
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Datenmodell mit Composite Pattern: naiv
Struktur
Verhalten Daten
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Datenmodell mit Composite Pattern: besser
Struktur
Verhalten Daten
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Datenmodell mit Composite Pattern: gut
Struktur
Verhalten Daten
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Hausaufgabe 2:
Ein Book besteht aus: Parts Chapters Sections Paragraphs Sentences
Implementiert ein Datenmodell für Books mit dem Composite Pattern
Lest die Kapitelstruktur des Buches ein. zählt die Anzahl der Objekte in euerer Composite Struktur macht euch für weitere Anforderungen bereit
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Composite Pattern Problem:
Struktur
Verhalten Daten
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Naiver Ansatz:
Struktur
Verhalten Daten
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Visitor Pattern
rekursiver Durchlauf durch Composite Struktur durchreichen eines Visitor Objekts uniformerer Umgang mit Rekursionsparametern Trennung von Durchlauf und Aktion
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Visitor Pattern
Struktur
Verhalten Daten
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Visitor Pattern mit Reflection
Struktur
Verhalten Daten
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Visitor Pattern Zusammenfassung
Ziemlich viele accept und visit Methoden
Double Dispatch möglich
Seperation of concern
Zustandsobjekt in der Rekursion
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Hausaufgabe 3:
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Strategy Pattern
ersetze if-then-else-if Ketten
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If-then-else-if Kette:
Struktur
Verhalten Datenpublic void doMove () {
if (mode == AGGRESSIVE){ …}else if (mode == DEFEND){ …}else if (mode == PLAN){ …}…
Player
main ()doMove()
mode : int
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AStarStratdoMove()
Strategy Pattern:
Playermain()doMove ()
MoveStrategydoMove()
DefensiveStratdoMove()
strategy 0..1
Struktur
Verhalten Daten
class Player{
public void doMove (){
strategy.doMove ();}
…
:Player :AttackStrat
:DefensiveStrat
:AStarStrat
AttackStratdoMove()
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Strategy Pattern
Struktur
Verhalten Daten
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Hook Pattern (nicht im Gof-Buch)
zusätzliches Verhalten nachträglich einbauen
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Hook Pattern:
Struktur
Verhalten Daten
public void doMove(){
produceFood();
for (strat in strategies){
strat.doMove();}
}
n
ResearchStratdoMove()
Playermain()doMove ()
StrategyPartdoMove()
DefensiveStratdoMove()
strategies
:Player :AttackStrat
:DefensiveStrat
: ResearchStrat
AttackStratdoMove()
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Chain of Responsibility
im wesentlichen Hook aber Abbruch wenn erfolgreich bearbeitet
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< next
Chain of Responsibility, original
Struktur
Verhalten Daten
class Player{public boolean doMove () {
if (next != null){
return next.doMove();}return false;
}}
1
ResearchStratdoMove()
Playermain()doMove ()
StrategyPartdoMove()
DefensiveStratdoMove()
next
:Player :AttackStrat
:DefensiveStrat
: ResearchStrat
AttackStratdoMove()
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Chain of Responsibility, original :
Struktur
Verhalten Datenclass AttackStrat{
public boolean doMove () {// try itif (canAttack ()) {
doAttack ();return true;
}else {
super.ring ();} } }
1
ResearchStratdoMove()
Playermain()doMove ()
StrategyPartdoMove()
DefensiveStratdoMove()
next
:Player :AttackStrat
:DefensiveStrat
: ResearchStrat
AttackStratdoMove()
next
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Chain of Responsibility, besser debugbar:
Struktur
Verhalten Datenclass Player{
public boolean doMove () {boolean success = false;for (h in handlers) {
success = h.doMove();if (success)
return true;}return false;
} }
{ordered}
handlers[1]
handlers[2]
handlers[3]
n
ResearchStratdoMove()
Playermain()doMove ()
StrategyPartdoMove()
DefensiveStratdoMove()
handlers
:Player :AttackStrat
:DefensiveStrat
: ResearchStrat
AttackStratdoMove()
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Chain of Responsibility, besser debugbar:
Struktur
Verhalten Datenclass AttackStrat {
public boolean doMove() {// try itif (canAttack ()) {
doAttack ();return true;
}else {
return false;} } }
{ordered}
handlers[1]
handlers[2]
handlers[3]
n
ResearchStratdoMove()
Playermain()doMove ()
StrategyPartdoMove()
DefensiveStratdoMove()
handlers
:Player :AttackStrat
:DefensiveStrat
: ResearchStrat
AttackStratdoMove()
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Beobachtungen
typische Kombinationen von Assoc und Vererbung Unterklassen haben KEINE neue Methoden Unterklassen redefinieren geerbte Methoden
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Beobachtungen
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Hausaufgabe 4:
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State
im wesentlichen Strategy aber systematische Strategy-Änderung nach Benutzung meist Implementierung von Statecharts
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State:
Struktur
Verhalten Daten
TraficLightstate :Integer
timerTick()
Car
class TrafficLigth {void timerTick() {
if (state == RED) {car.setPos (…);state = GREEN;
}else if (state == GREEN) {
car.stop();state == YELLOW; }
else if (state == YELLOW)car.stop()state = RED;
} } }
green
yellow
redtimerTick() / car.setPos(…)
timerTick() / car.stop()
timerTick() / car.stop() car
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State:
Struktur
Verhalten Daten
TLState
Green
Yellow
Red
currentTraficLight
timerTick()
Car
:TrafficLight
:Car
:Red
:Yellow
:Green
namestates
states["red"]
states["yellow"]
states["green"]
class Red {void timerTick() {
owner.current = owner.states["green"];car.setPos(…);
} }
class Green {void timerTick() {
owner.current = owner.states["yellow"];car.stop();
} }
car
car
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Listener/Observer/Model-View-Controler/Mediator
im wesentlichen Hook aber Einsatz zur Überwachung von Änderungen
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Listener/Observer/Model-View-Controler
Struktur
Verhalten Daten
Drive
usedSpace :Integer
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
Filesize :Integer
write(bytes[])
:DriveusedSpace = 38
write ("aaaa")
class File {void write (bytes[]) {
…this.setSize (size+bytes.length());
}
void setSize (newVal) {if (this.size != newVal) {
int oldVal = size;size = newVal;firePropertyChange ("size", oldVal, newVal);
} }…
:Filesize = 23
:Filesize = 15
listenersnListener
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
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Listener/Observer/Model-View-Controler
Struktur
Verhalten Daten
Drive
usedSpace :Integer
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
Filesize :Integer
write(bytes[])
:DriveusedSpace = 38
write ("aaaa")
class File {…void firePropertyChange (attrName, oldVal, newVal){
for (l in listeners){
l.propertyChange (this,attrName,oldVal,newVal); } }…
:Filesize = 23
:Filesize = 15
listenersnListener
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
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Listener/Observer/Model-View-Controler
Struktur
Verhalten Daten
Drive
usedSpace :Integer
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
Filesize :Integer
write(bytes[])
:DriveusedSpace = 38
write ("aaaa"):Filesize = 23
:Filesize = 15
listenersnListener
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
class Drive {…void propertyChange (obj,attrName,oldVal,newVal){
usedSpace += newVal – oldVal;}
…
}
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MVC
Struktur
Verhalten Daten
DriveusedSpace :Integer
:DriveusedSpace = 38
write ("aaaa")
class SpaceUpdater {…void propertyChange (obj,attrName,oldVal,newVal){
for (t : targets) {t.usedSpace += newVal – oldVal;
}
}
…
}
:Filesize = 23
:Filesize = 15
targetsn
:SpaceUpdater
SpaceUpdater
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
Filesize :Integer
write(bytes[])
listenersnListener
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
Computer
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Struktur
Verhalten Daten:Drive
usedSpace = 38
write ("aaaa")
class SpaceUpdater {…void propertyChange (obj,attrName,oldVal,newVal) {
Dir parent = obj.getParent();
while (parent != null) {
parent.usedSpace += newVal – oldVal;
parent = parent.getParent();}
}
…
}
:Filesize = 23
:Filesize = 15
:SpaceUpdater
SpaceUpdater
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
Filesize :Integer
write(bytes[])
listenersnListener
propertyChange (obj, attrName, oldVal, newVal)
Computer
DirusedSpace :Integer
filesparentn
1
Drive
:DirusedSpace = 38
:DirusedSpace = 38
:ComputerusedSpace = 38
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Struktur
Verhalten Daten
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Hausaufgabe 5?:
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Template Method
Motivation ähnlich wie Hook aber feste Vorgabe von abstrakten Template-Methoden alle Template-Methoden müssen überschrieben werden
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Template Method: Alarm
+ ring ()~ start ()~ stop ()
Struktur
Verhalten Daten
class Alarm {void ring () {
start ();…stop ();…
} }
:FlashLight
:Sirene
:MailAlarm
MailAlarmring ()
Sirenering ()
FlashLight~ start ()~ stop ()
~ start ()~ stop ()
~ start ()~ stop ()
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Template Method: Alarm
+ ring ()~ start ()~ stop ()
Struktur
Verhalten Daten
class FlashLigth {void start () {
powerOn ();}
void stop () {powerOff ()
} }
:FlashLight
:Sirene
:MailAlarm
MailAlarmring ()
Sirenering ()
FlashLight~ start ()~ stop ()
~ start ()~ stop ()
~ start ()~ stop ()
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Decorator
ähnlich wie Composite mit nur einem Kind ähnlich wie Chain-of-Responsibility erweitere eine Strategy um zusätzliche Aktionen
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Decorator:
Struktur
Verhalten Daten
class MailAlarm {ring () {
sendMail();orig.ring();
} }
:House
:Sirene
:MailAlarm
MailAlarmring ()
Houserun ()ring ()
Alarmring ()
Sirenering ()
alarm 0..1
FlashLightring ()
0..1 orig
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Proxy
ähnlich wie Decorator aber kein Zusatzeffekt sondern remote, lazy oder cache Effekte
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Proxy:
Struktur
Verhalten Daten :House
:Sirene
:MailAlarm
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Adapter
ähnlich wie Decorator aber Schnittstellenanpassung
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Adapter:
Struktur
Verhalten Daten
:House
:Sirene
:MailAlarm
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Hausaufgabe:
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 72
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel
Flyweight
Struktur
Verhalten Daten
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 74
Flyweight
Struktur
Verhalten Daten
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Struktur
Verhalten Daten
Interpreter / Macro / Command
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Command
Struktur
Verhalten Daten
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Struktur
Verhalten Daten
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 78
Hausaufgabe: Command
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Factory Method:
Struktur
Verhalten Daten
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Prototype:
Struktur
Verhalten Daten
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Komplexer Prototyp
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Abstract Factory:
Struktur
Verhalten Daten
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Hausaufgabe:
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Facade:
Struktur
Verhalten Daten
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Facade:
Struktur
Verhalten Daten
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Plugins:
Struktur
Verhalten Daten
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Import Umkehrung:
Struktur
Verhalten Daten
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Import Umkehrung:
Struktur
Verhalten Daten
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Daten Plugin:
Struktur
Verhalten Daten
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Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 95
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 96
Reuse Architekturen:
Bibliotheken Frameworks Plugin Architekturen Software Bus / ECMA Toaster Corba / RMI / REST Component & Connector Android Intents Product Line Architecture
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Components & Connectors Architekturen
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 99
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 100
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 101
Components & Connectors Architekturen
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 102
Components & Connectors Architekturen
Design Pattern SS2015 © 2015 Albert Zündorf, University of Kassel 103
Components & Connectors Architekturen
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Wie erreicht man:
Wartbarkeit Erweiterbarkeit Qualität Produktivität Sicherheit Robustheit Usability Skalierbarkeit Verfügbarkeit
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