Дизайнерски шаблони в Java - Елегантност и Ефективност

Теория

Дизайнерски Шаблони в Java

Дизайнерските шаблони са проверени решения на често срещани проблеми в софтуерното инженерство. В Java, те са от съществено значение за създаването на ефективен, чист и поддържаем код.

Структурни Шаблони

Структурните шаблони се фокусират върху начина, по който класове и обекти са съставени, за да създадат по-големи структури.

Примери:

• Adapter: Позволява на несъвместими интерфейси да работят заедно.
• Composite: Съчетава обекти в дървовидни структури, за да представят йерархия от части и цяло.

Създаващи Шаблони

Създаващите шаблони предоставят различни начини за създаване на обекти, като се стремят да се избегне директното инстанциране на обекти.

Примери:

• Singleton: Гарантира, че клас има само една инстанция и предоставя глобална точка за достъп до нея.
• Factory Method: Дефинира интерфейс за създаване на обект, но оставя наследниците да решат кой клас да инстанцират.

Поведенчески Шаблони

Поведенческите шаблони се отнасят до комуникацията между обекти и тяхното взаимодействие.

Примери:

• Observer: Позволява на обект да уведомява други обекти за промени в състоянието си.
• Strategy: Позволява дефинирането на семейство от алгоритми, енкапсулиране на всеки от тях и гарантира тяхната взаимозаменяемост.

Защо са важни дизайнерските шаблони?

• Повторно използване на код: Патерните са проверени решения, които могат да бъдат използвани отново и отново.
• Ефективност: Те помагат за намаляване на сложността на кода и улесняват поддръжката.
• Комуникация: Дизайнерските шаблони предоставят общ език между програмистите за обсъждане на решенията.

В следващите лекции, ще разгледаме всеки от тези шаблони по-подробно, с примери и тяхното приложение в Java.

Код

Дизайнерски Шаблони в Java

1. Adapter (Адаптер)

Цел: Позволява на несъвместими интерфейси да работят заедно.

Пример:

// Целеви интерфейс
interface MediaPlayer {
    void play(String audioType, String fileName);
}

// Съществуващ клас с различен интерфейс
class AdvancedMediaPlayer {
    public void playVlc(String fileName) {
        System.out.println("Playing vlc file. Name: "+ fileName);    
    }

    public void playMp4(String fileName) {
        System.out.println("Playing mp4 file. Name: "+ fileName);
    }
}

// Адаптер клас
class MediaAdapter implements MediaPlayer {

    AdvancedMediaPlayer advancedMusicPlayer;

    public MediaAdapter(String audioType){
        if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc") ){
            advancedMusicPlayer = new AdvancedMediaPlayer();            
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")){
            advancedMusicPlayer = new AdvancedMediaPlayer();
        }    
    }

    @Override
    public void play(String audioType, String fileName) {
        if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc")){
            advancedMusicPlayer.playVlc(fileName);
        } else if(audioType.equalsIgnoreCase("mp4")){
            advancedMusicPlayer.playMp4(fileName);
        }
    }
}

// Клиентски клас
class AudioPlayer implements MediaPlayer {
    MediaAdapter mediaAdapter; 

    @Override
    public void play(String audioType, String fileName) {
        if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc") || audioType.equalsIgnoreCase("mp4")){
            mediaAdapter = new MediaAdapter(audioType);
            mediaAdapter.play(audioType, fileName);
        } else {
            System.out.println("Invalid media. " + audioType + " format not supported");
        }
    }
}

2. Singleton (Единствена Инстанция)

Цел: Гарантира, че клас има само една инстанция и предоставя глобална точка за достъп до нея.

Пример:

class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

3. Factory Method (Фабричен Метод)

Цел: Дефинира интерфейс за създаване на обект, но оставя наследниците да решат кой клас да инстанцират.

Пример:

abstract class Shape {
    abstract void draw();
}

class Rectangle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
    }
}

class Circle extends Shape {
    @Override
    void draw() {
        System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
    }
}

class ShapeFactory {
    public Shape getShape(String shapeType) {
        if(shapeType == null){
            return null;
        }        
        if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
            return new Circle();
        } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
            return new Rectangle();
        }
        return null;
    }
}

4. Observer (Наблюдател)

Цел: Позволява на обект да уведомява други обекти за промени в състоянието си.

Пример:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// Наблюдаемият клас
class Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>();
    private int state;

    public int getState() {
        return state;
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        notifyAllObservers();
    }

    public void attach(Observer observer){
        observers.add(observer);        
    }

    public void notifyAllObservers(){
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update();
        }
    }    
}

// Наблюдател
abstract class Observer {
    protected Subject subject;
    public abstract void update();
}

class ConcreteObserver extends Observer

 {

    public ConcreteObserver(Subject subject){
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }

    @Override
    public void update() {
        System.out.println("State Changed: " + subject.getState()); 
    }
}

5. Strategy (Стратегия)

Цел: Позволява дефинирането на семейство от алгоритми, енкапсулиране на всеки от тях и гарантира тяхната взаимозаменяемост.

Пример:

interface Strategy {
    int doOperation(int num1, int num2);
}

class OperationAdd implements Strategy {
    @Override
    public int doOperation(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }
}

class OperationSubtract implements Strategy {
    @Override
    public int doOperation(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

class Context {
    private Strategy strategy;

    public Context(Strategy strategy){
        this.strategy = strategy;
    }

    public int executeStrategy(int num1, int num2){
        return strategy.doOperation(num1, num2);
    }
}