Este é o começo de uma série de blogs sobre Design Patterns. Neste blog, discutiremos o primeiro tipo de padrão de design, Padrões Criacionais. Aqui, os tipos que se enquadram nos padrões criacionais serão discutidos com alguns exemplos do mundo real. Usarei Java como minha linguagem de seleção.

O que são padrões de design?

Os padrões de design desempenham um papel crucial no desenvolvimento de software, fornecendo soluções comprovadas para problemas comuns e promovendo melhores práticas. Eles são como projetos pré-fabricados que você pode personalizar para resolver um problema recorrente de design em seu código.

Explorando padrões de design criacional em Java

Na programação orientada a objetos, os padrões de design de criação desempenham um papel significativo, pois possibilitam que a instanciação de objetos seja separada de sua utilização, aumentando assim a flexibilidade e escalabilidade da criação de objetos. Esta postagem do blog se concentrará em cinco tipos principais de padrões de design criacional: Método de Fábrica, Fábrica Abstrata, Construtor, Protótipo e Singleton. Para mostrar como cada um funciona, usaremos exemplos do mundo real em Java.

1. Método de fábrica

O padrão Factory Method define uma interface para criação de um objeto, mas permite que as subclasses alterem o tipo de objetos que serão criados. Este padrão suporta acoplamento fraco em Java para evitar a necessidade de vincular classes específicas do aplicativo ao código.

Cenário da vida real: Considere uma empresa de logística que transporta mercadorias usando vários veículos, como caminhões e navios. O tipo de veículo depende do meio de transporte requerido.

// Product Interface
interface Transport {
    void deliver();
}

// Concrete Products
class Truck implements Transport {
    @Override
    public void deliver() {
        System.out.println("Deliver by land in a truck.");
    }
}

class Ship implements Transport {
    @Override
    public void deliver() {
        System.out.println("Deliver by sea in a ship.");
    }
}

// Creator
abstract class Logistics {
    public abstract Transport createTransport();

    public void planDelivery() {
        Transport transport = createTransport();
        transport.deliver();
    }
}

// Concrete Creators
class RoadLogistics extends Logistics {
    @Override
    public Transport createTransport() {
        return new Truck();
    }
}

class SeaLogistics extends Logistics {
    @Override
    public Transport createTransport() {
        return new Ship();
    }
}

// let's call the main class
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Logistics logistics = new RoadLogistics();
        logistics.planDelivery();

        logistics = new SeaLogistics();
        logistics.planDelivery();
    }
}

2. Fábrica Abstrata

O padrão Abstract Factory fornece uma interface para criar famílias de objetos relacionados ou dependentes sem especificar suas classes concretas. É útil quando o sistema precisa ser independente de como seus objetos são criados.

Cenário da vida real: Imagine uma loja de móveis que vende diferentes tipos de conjuntos de móveis, como vitorianos e modernos. Cada conjunto inclui produtos como cadeiras e sofás.

// Abstract Products
interface Chair {
    void sitOn();
}

interface Sofa {
    void lieOn();
}

// Concrete Products
class VictorianChair implements Chair {
    @Override
    public void sitOn() {
        System.out.println("Sitting on a Victorian chair.");
    }
}

class ModernChair implements Chair {
    @Override
    public void sitOn() {
        System.out.println("Sitting on a Modern chair.");
    }
}

class VictorianSofa implements Sofa {
    @Override
    public void lieOn() {
        System.out.println("Lying on a Victorian sofa.");
    }
}

class ModernSofa implements Sofa {
    @Override
    public void lieOn() {
        System.out.println("Lying on a Modern sofa.");
    }
}

// Abstract Factory
interface FurnitureFactory {
    Chair createChair();
    Sofa createSofa();
}

// Concrete Factories
class VictorianFurnitureFactory implements FurnitureFactory {
    @Override
    public Chair createChair() {
        return new VictorianChair();
    }

    @Override
    public Sofa createSofa() {
        return new VictorianSofa();
    }
}

class ModernFurnitureFactory implements FurnitureFactory {
    @Override
    public Chair createChair() {
        return new ModernChair();
    }

    @Override
    public Sofa createSofa() {
        return new ModernSofa();
    }
}

// Client code
public class Main {
    private static void createFurniture(FurnitureFactory factory) {
        Chair chair = factory.createChair();
        Sofa sofa = factory.createSofa();
        chair.sitOn();
        sofa.lieOn();
    }

    public static void main(String[] args) {
        FurnitureFactory victorianFactory = new VictorianFurnitureFactory();
        createFurniture(victorianFactory);

        FurnitureFactory modernFactory = new ModernFurnitureFactory();
        createFurniture(modernFactory);
    }
}

3. Construtor

O padrão Builder separa a construção de um objeto complexo de sua representação, permitindo que o mesmo processo de construção crie diferentes representações. É particularmente útil para criar objetos com muitos atributos opcionais.

Cenário da vida real: considere um sistema de pedido de pizza online onde os clientes podem personalizar suas pizzas com vários recheios, tamanhos e tipos de crosta.

// Product
class Pizza {
    private String dough = "";
    private String sauce = "";
    private String topping = "";

    public void setDough(String dough) { this.dough = dough; }
    public void setSauce(String sauce) { this.sauce = sauce; }
    public void setTopping(String topping) { this.topping = topping; }

    @Override
    public String toString() {
        return "Pizza [dough="   dough   ", sauce="   sauce   ", topping="   topping   "]";
    }
}

// Builder Interface
interface PizzaBuilder {
    void buildDough();
    void buildSauce();
    void buildTopping();
    Pizza getPizza();
}

// Concrete Builders
class HawaiianPizzaBuilder implements PizzaBuilder {
    private Pizza pizza;

    public HawaiianPizzaBuilder() {
        this.pizza = new Pizza();
    }

    @Override
    public void buildDough() { pizza.setDough("cross"); }
    @Override
    public void buildSauce() { pizza.setSauce("mild"); }
    @Override
    public void buildTopping() { pizza.setTopping("ham pineapple"); }
    @Override
    public Pizza getPizza() { return this.pizza; }
}

class SpicyPizzaBuilder implements PizzaBuilder {
    private Pizza pizza;

    public SpicyPizzaBuilder() {
        this.pizza = new Pizza();
    }

    @Override
    public void buildDough() { pizza.setDough("pan baked"); }
    @Override
    public void buildSauce() { pizza.setSauce("hot"); }
    @Override
    public void buildTopping() { pizza.setTopping("pepperoni salami"); }
    @Override
    public Pizza getPizza() { return this.pizza; }
}

// Director
class Waiter {
    private PizzaBuilder pizzaBuilder;

    public void setPizzaBuilder(PizzaBuilder pb) { pizzaBuilder = pb; }
    public Pizza getPizza() { return pizzaBuilder.getPizza(); }

    public void constructPizza() {
        pizzaBuilder.buildDough();
        pizzaBuilder.buildSauce();
        pizzaBuilder.buildTopping();
    }
}

// Client code
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Waiter waiter = new Waiter();
        PizzaBuilder hawaiianPizzaBuilder = new HawaiianPizzaBuilder();
        PizzaBuilder spicyPizzaBuilder = new SpicyPizzaBuilder();

        waiter.setPizzaBuilder(hawaiianPizzaBuilder);
        waiter.constructPizza();
        Pizza pizza1 = waiter.getPizza();
        System.out.println("Pizza built: "   pizza1);

        waiter.setPizzaBuilder(spicyPizzaBuilder);
        waiter.constructPizza();
        Pizza pizza2 = waiter.getPizza();
        System.out.println("Pizza built: "   pizza2);
    }
}

4. Protótipo

O padrão Prototype é usado para criar um novo objeto copiando um objeto existente, conhecido como protótipo. Este padrão é útil quando o custo de criação de um novo objeto é caro.

Cenário da vida real: pense em um editor gráfico onde você pode criar, duplicar e editar formas.

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// Prototype
abstract class Shape implements Cloneable {
    private String id;
    protected String type;

    abstract void draw();

    public String getType() { return type; }
    public String getId() { return id; }
    public void setId(String id) { this.id = id; }

    public Object clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }
}

// Concrete Prototypes
class Rectangle extends Shape {
    public Rectangle() { type = "Rectangle"; }
    @Override
    public void draw() { System.out.println("Drawing a Rectangle."); }
}

class Circle extends Shape {
    public Circle() { type = "Circle"; }
    @Override
    public void draw() { System.out.println("Drawing a Circle."); }
}

// Prototype Registry
class ShapeCache {
    private static Map shapeMap = new HashMap();

    public static Shape getShape(String shapeId) {
        Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
        return (Shape) cachedShape.clone();
    }

    public static void loadCache() {
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setId("1");
        shapeMap.put(rectangle.getId(), rectangle);

        Circle circle = new Circle();
        circle.setId("2");
        shapeMap.put(circle.getId(), circle);
    }
}

// Client code
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeCache.loadCache();

        Shape clonedShape1 = ShapeCache.getShape("1");
        System.out.println("Shape: "   clonedShape1.getType());

        Shape clonedShape2 = ShapeCache.getShape("2");
        System.out.println("Shape: "   clonedShape2.getType());
    }
}

5. Singleton

O padrão Singleton garante que uma classe tenha apenas uma instância e fornece um ponto global de acesso a ela. Esse padrão é comumente usado para registro, armazenamento em cache e pools de threads.

Cenário da vida real: imagine um spooler de impressora onde apenas uma instância deve gerenciar todos os trabalhos de impressão.

class PrinterSpooler {
    private static PrinterSpooler instance;

    private PrinterSpooler() {
        // private constructor to prevent instantiation
    }

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

    public void print(String document) {
        System.out.println("Printing document: "   document);
    }
}

// Client code
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PrinterSpooler spooler1 = PrinterSpooler.getInstance();
        PrinterSpooler spooler2 = PrinterSpooler.getInstance();

        spooler1.print("Document 1");
        spooler2.print("Document 2");

        System.out.println("Are both spoolers the same instance? "   (spooler1 == spooler2));
    }
}

Referências

https://refactoring.guru/

https://www.javatpoint.com/design-patterns-in-java

https://www.digitalocean.com/community/tutorials/java-design-patterns-example-tutorial