Это начало серии блогов о шаблонах проектирования. В этом блоге мы обсудим первый тип шаблона проектирования — творческие шаблоны. Здесь будут обсуждаться типы, подпадающие под шаблоны творения, на примерах из реальной жизни. В качестве языка я буду использовать Java.

Что такое шаблоны проектирования?

Шаблоны проектирования играют решающую роль в разработке программного обеспечения, предоставляя проверенные решения распространенных проблем и продвигая лучшие практики. Они подобны готовым чертежам, которые вы можете настроить для решения повторяющихся проблем проектирования в вашем коде.

Изучение шаблонов творческого проектирования в Java

В объектно-ориентированном программировании шаблоны творческого проектирования играют важную роль, поскольку они позволяют отделить создание экземпляров объектов от их использования, тем самым увеличивая гибкость и масштабируемость создания объектов. В этом сообщении блога основное внимание будет уделено пяти основным типам творческих шаблонов проектирования: фабричный метод, абстрактная фабрика, построитель, прототип и синглтон. Чтобы показать, как работает каждый из них, мы будем использовать реальные примеры на Java.

1. Фабричный метод

Шаблон фабричного метода определяет интерфейс для создания объекта, но позволяет подклассам изменять тип создаваемых объектов. Этот шаблон поддерживает слабую связь в Java, чтобы избежать необходимости привязывать к коду классы, специфичные для приложения.

Реальный сценарий: рассмотрим логистическую компанию, которая перевозит товары с использованием различных транспортных средств, таких как грузовики и корабли. Тип транспортного средства зависит от требуемого вида транспорта.

// 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. Абстрактная фабрика

Шаблон «Абстрактная фабрика» предоставляет интерфейс для создания семейств связанных или зависимых объектов без указания их конкретных классов. Это полезно, когда система должна быть независимой от того, как создаются ее объекты.

Реальный сценарий: представьте себе мебельный магазин, в котором продаются различные типы комплектов мебели, например викторианские и современные. В каждый комплект входят такие товары, как стулья и диваны.

// 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. Строитель

Шаблон Builder отделяет построение сложного объекта от его представления, позволяя одному и тому же процессу конструирования создавать разные представления. Это особенно полезно для создания объектов со множеством дополнительных атрибутов.

Реальный сценарий: рассмотрим систему онлайн-заказа пиццы, где покупатели могут выбирать пиццу с различными начинками, размерами и типами корочки.

// 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. Прототип

Шаблон прототипа используется для создания нового объекта путем копирования существующего объекта, известного как прототип. Этот шаблон полезен, когда стоимость создания нового объекта высока.

Реальный сценарий: подумайте о графическом редакторе, в котором вы можете создавать, дублировать и редактировать фигуры.

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. Синглтон

Шаблон Singleton гарантирует, что класс имеет только один экземпляр, и предоставляет глобальную точку доступа к нему. Этот шаблон обычно используется для журналирования, кэширования и пулов потоков.

Реальный сценарий: представьте себе диспетчер очереди печати, в котором только один экземпляр должен управлять всеми заданиями на печать.

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));
    }
}

Ссылки

https://refactoring.guru/

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

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