पायथन बिहेवियरल पॅटर्न्स: ऑब्झर्व्हर, स्ट्रॅटेजी आणि कमांड

बिहेवियरल डिझाइन पॅटर्न्स हे सॉफ्टवेअर डेव्हलपरच्या शस्त्रागारातील आवश्यक साधने आहेत. ते ऑब्जेक्ट्समधील सामान्य संवाद आणि परस्परसंवाद समस्यांचे निराकरण करतात, ज्यामुळे अधिक लवचिक, देखभाल करण्यायोग्य आणि स्केलेबल कोड तयार होतो. हे सर्वसमावेशक मार्गदर्शक पायथनमध्ये तीन महत्त्वपूर्ण बिहेवियरल पॅटर्न्समध्ये खोलवर उतरते: ऑब्झर्व्हर, स्ट्रॅटेजी आणि कमांड. आपण त्यांचे उद्देश, अंमलबजावणी आणि वास्तविक-जगातील ऍप्लिकेशन्स एक्सप्लोर करू, आपल्याला या पॅटर्न्सचा प्रभावीपणे वापर करण्याचे ज्ञान देऊ.

बिहेवियरल पॅटर्न्स समजून घेणे

बिहेवियरल पॅटर्न्स ऑब्जेक्ट्समधील संवाद आणि परस्परसंवादावर लक्ष केंद्रित करतात. ते अल्गोरिदम परिभाषित करतात आणि ऑब्जेक्ट्समध्ये जबाबदाऱ्या नियुक्त करतात, ज्यामुळे सैल कपलिंग आणि लवचिकता सुनिश्चित होते. या पॅटर्न्सचा वापर करून, आपण असे सिस्टम तयार करू शकता जे समजून घेणे, सुधारणे आणि विस्तारित करणे सोपे आहे.

बिहेवियरल पॅटर्न्स वापरण्याचे मुख्य फायदे:

• सुधारित कोड ऑर्गनायझेशन: विशिष्ट वर्तणूक एनकॅप्सुलेट करून, हे पॅटर्न्स मॉड्युलॅरिटी आणि स्पष्टता वाढवतात.
• वर्धित लवचिकता: ते आपल्याला मुख्य घटकांमध्ये बदल न करता सिस्टमच्या वर्तणुकीत बदल किंवा विस्तार करण्याची परवानगी देतात.
• कमी कपलिंग: बिहेवियरल पॅटर्न्स ऑब्जेक्ट्समधील सैल कपलिंगला प्रोत्साहन देतात, ज्यामुळे कोडबेसची देखभाल आणि चाचणी करणे सोपे होते.
• वाढलेली पुन: वापरक्षमता: पॅटर्न्स स्वतः, आणि त्यांची अंमलबजावणी करणारा कोड, ऍप्लिकेशनच्या वेगवेगळ्या भागांमध्ये किंवा वेगवेगळ्या प्रकल्पांमध्ये पुन्हा वापरला जाऊ शकतो.

ऑब्झर्व्हर पॅटर्न

ऑब्झर्व्हर पॅटर्न काय आहे?

ऑब्झर्व्हर पॅटर्न ऑब्जेक्ट्समध्ये एक-ते-अनेक अवलंबित्व परिभाषित करतो, जेणेकरून जेव्हा एका ऑब्जेक्टची (विषय) स्थिती बदलते, तेव्हा त्याचे सर्व अवलंबून असलेले (निरीक्षक) आपोआप सूचित आणि अद्यतनित होतात. जेव्हा आपल्याला एका ऑब्जेक्टच्या स्थितीवर आधारित अनेक ऑब्जेक्ट्समध्ये सुसंगतता राखण्याची आवश्यकता असते तेव्हा हा पॅटर्न विशेषतः उपयुक्त असतो. याला कधीकधी पब्लिश-सबस्क्राईब पॅटर्न असेही म्हणतात.

याचा विचार मासिकेच्या सदस्यतेप्रमाणे करा. जेव्हा मासिक (विषय) नवीन अंक प्रकाशित करते तेव्हा तुम्ही (निरीक्षक) अपडेट्स (सूचना) प्राप्त करण्यासाठी साइन अप करता. तुम्हाला नवीन अंकांसाठी सतत तपासणी करण्याची आवश्यकता नाही; तुम्हाला आपोआप सूचित केले जाते.

ऑब्झर्व्हर पॅटर्नचे घटक

• विषय (Subject): ज्या ऑब्जेक्टच्या स्थितीत रस आहे. हे निरीक्षकांची सूची राखते आणि निरीक्षकांना जोडण्यासाठी (सदस्यता घेणे) आणि काढून टाकण्यासाठी (सदस्यता रद्द करणे) पद्धती प्रदान करते.
• निरीक्षक (Observer): एक इंटरफेस किंवा ॲबस्ट्रॅक्ट क्लास जो अपडेट मेथड परिभाषित करतो, जी विषयाद्वारे निरीक्षकांना स्थिती बदलांची माहिती देण्यासाठी कॉल केली जाते.
• काँक्रीट विषय (ConcreteSubject): विषयाची एक काँक्रीट अंमलबजावणी, जी स्थिती संग्रहित करते आणि स्थिती बदलल्यावर निरीक्षकांना सूचित करते.
• काँक्रीट निरीक्षक (ConcreteObserver): निरीक्षकाची एक काँक्रीट अंमलबजावणी, जी विषयाच्या स्थितीतील बदलांना प्रतिसाद देण्यासाठी अपडेट मेथड लागू करते.

पायथन अंमलबजावणी

येथे ऑब्झर्व्हर पॅटर्नचे वर्णन करणारे पायथन उदाहरण आहे:

class Subject:
    def __init__(self):
        self._observers = []
        self._state = None

    def attach(self, observer):
        self._observers.append(observer)

    def detach(self, observer):
        self._observers.remove(observer)

    def notify(self):
        for observer in self._observers:
            observer.update(self._state)

    @property
    def state(self):
        return self._state

    @state.setter
    def state(self, new_state):
        self._state = new_state
        self.notify()


class Observer:
    def update(self, state):
        raise NotImplementedError


class ConcreteObserverA(Observer):
    def update(self, state):
        print(f"ConcreteObserverA: State changed to {state}")


class ConcreteObserverB(Observer):
    def update(self, state):
        print(f"ConcreteObserverB: State changed to {state}")


# Example Usage
subject = Subject()

observer_a = ConcreteObserverA()
observer_b = ConcreteObserverB()

subject.attach(observer_a)
subject.attach(observer_b)

subject.state = "New State"
subject.detach(observer_a)
subject.state = "Another State"

या उदाहरणामध्ये, `Subject` `Observer` ऑब्जेक्ट्सची सूची राखते. जेव्हा `Subject` ची `state` बदलते, तेव्हा ते `notify()` मेथडला कॉल करते, जी निरीक्षकांच्या सूचीमध्ये फिरते आणि त्यांच्या `update()` मेथडला कॉल करते. प्रत्येक `ConcreteObserver` नंतर त्यानुसार स्थिती बदलांना प्रतिसाद देतो.

वास्तविक-जगातील ऍप्लिकेशन्स

• इव्हेंट हाताळणी: GUI फ्रेमवर्कमध्ये, इव्हेंट हाताळण्यासाठी ऑब्झर्व्हर पॅटर्नचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. जेव्हा वापरकर्ता UI घटकाशी संवाद साधतो (उदा. बटणावर क्लिक करणे), तेव्हा घटक (विषय) नोंदणीकृत श्रोत्यांना (निरीक्षक) इव्हेंटची माहिती देतो.
• डेटा ब्रॉडकास्टिंग: आर्थिक ऍप्लिकेशन्समध्ये, स्टॉक टिकर्स (विषय) नोंदणीकृत क्लायंट्सना (निरीक्षक) किंमत अद्यतने प्रसारित करतात.
• स्प्रेडशीट ऍप्लिकेशन्स: स्प्रेडशीटमधील सेल बदलल्यावर, अवलंबून असलेले सेल्स (निरीक्षक) आपोआप पुन्हा मोजले जातात आणि अद्यतनित केले जातात.
• सोशल मीडिया सूचना: जेव्हा कोणी सोशल मीडिया प्लॅटफॉर्मवर पोस्ट करतो, तेव्हा त्यांचे फॉलोअर्स (निरीक्षक) सूचित केले जातात.

ऑब्झर्व्हर पॅटर्नचे फायदे

• सैल कपलिंग: विषय आणि निरीक्षकांना एकमेकांच्या काँक्रीट क्लासची माहिती असणे आवश्यक नाही, ज्यामुळे मॉड्युलॅरिटी आणि पुन: वापरक्षमता वाढते.
• स्केलेबिलिटी: नवीन निरीक्षक विषय न बदलता सहजपणे जोडले जाऊ शकतात.
• लवचिकता: विषय विविध मार्गांनी (उदा. सिंक्रोनस किंवा एसिंक्रोनस) निरीक्षकांना सूचित करू शकतो.

ऑब्झर्व्हर पॅटर्नचे तोटे

• अनपेक्षित अद्यतने: निरीक्षकांना अशा बदलांची सूचना मिळू शकते ज्यात त्यांना रस नाही, ज्यामुळे संसाधनांचा अपव्यय होतो.
• अपडेट चेन: कॅस्केडिंग अपडेट्स जटिल आणि डीबग करण्यास कठीण होऊ शकतात.
• मेमरी लीक्स: जर निरीक्षकांना योग्यरित्या डिटॅच केले नाही, तर ते गार्बेज कलेक्ट केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे मेमरी लीक्स होऊ शकतात.

स्ट्रॅटेजी पॅटर्न

स्ट्रॅटेजी पॅटर्न काय आहे?

स्ट्रॅटेजी पॅटर्न अल्गोरिदमचा एक कुटुंब परिभाषित करतो, प्रत्येकाला एनकॅप्सुलेट करतो आणि त्यांना अदलाबदल करण्यायोग्य बनवतो. स्ट्रॅटेजी अल्गोरिदमला त्याच्या वापरकर्त्यांपासून स्वतंत्रपणे बदलू देते. हा पॅटर्न तेव्हा उपयुक्त असतो जेव्हा कार्य करण्याची अनेक मार्ग असतात आणि आपल्याला क्लायंट कोडमध्ये बदल न करता रनटाइमवर त्यांच्यामध्ये स्विच करण्याची क्षमता हवी असते.

कल्पना करा की तुम्ही एका शहरातून दुसऱ्या शहरात प्रवास करत आहात. तुम्ही वाहतुकीचे वेगवेगळे स्ट्रॅटेजी निवडू शकता: विमानाने जाणे, ट्रेनने जाणे किंवा कारने जाणे. स्ट्रॅटेजी पॅटर्न तुम्हाला खर्च, वेळ आणि सोयीनुसार सर्वोत्तम वाहतूक स्ट्रॅटेजी निवडण्याची परवानगी देतो, तुमच्या गंतव्यस्थानात बदल न करता.

स्ट्रॅटेजी पॅटर्नचे घटक

• स्ट्रॅटेजी (Strategy): अल्गोरिदम परिभाषित करणारा इंटरफेस किंवा ॲबस्ट्रॅक्ट क्लास.
• काँक्रीट स्ट्रॅटेजी (ConcreteStrategy): स्ट्रॅटेजी इंटरफेसचे काँक्रीट इम्प्लिमेंटेशन, प्रत्येक एक वेगळा अल्गोरिदम दर्शवतो.
• कॉन्टेक्स्ट (Context): एक क्लास जो स्ट्रॅटेजी ऑब्जेक्टचा संदर्भ राखतो आणि अल्गोरिदमची अंमलबजावणी त्याला देतो. कॉन्टेक्स्टला स्ट्रॅटेजीच्या विशिष्ट अंमलबजावणीची माहिती असणे आवश्यक नाही; ते केवळ स्ट्रॅटेजी इंटरफेसशी संवाद साधते.

पायथन अंमलबजावणी

येथे स्ट्रॅटेजी पॅटर्नचे वर्णन करणारे पायथन उदाहरण आहे:

class Strategy:
    def execute(self, data):
        raise NotImplementedError


class ConcreteStrategyA(Strategy):
    def execute(self, data):
        print("Executing Strategy A...")
        return sorted(data)


class ConcreteStrategyB(Strategy):
    def execute(self, data):
        print("Executing Strategy B...")
        return sorted(data, reverse=True)


class Context:
    def __init__(self, strategy):
        self._strategy = strategy

    def set_strategy(self, strategy):
        self._strategy = strategy

    def execute_strategy(self, data):
        return self._strategy.execute(data)


# Example Usage
data = [1, 5, 3, 2, 4]

strategy_a = ConcreteStrategyA()
context = Context(strategy_a)
result = context.execute_strategy(data)
print(f"Result with Strategy A: {result}")

strategy_b = ConcreteStrategyB()
context.set_strategy(strategy_b)
result = context.execute_strategy(data)
print(f"Result with Strategy B: {result}")

या उदाहरणात, `Strategy` इंटरफेस `execute()` मेथड परिभाषित करतो. `ConcreteStrategyA` आणि `ConcreteStrategyB` या मेथडचे भिन्न इम्प्लिमेंटेशन प्रदान करतात, डेटा अनुक्रमे चढत्या आणि उतरत्या क्रमाने सॉर्ट करतात. `Context` क्लास स्ट्रॅटेजी ऑब्जेक्टचा संदर्भ राखतो आणि अल्गोरिदमची अंमलबजावणी त्याला देतो. क्लायंट `set_strategy()` मेथड कॉल करून रनटाइमवर स्ट्रॅटेजीमध्ये स्विच करू शकतो.

वास्तविक-जगातील ऍप्लिकेशन्स

• पेमेंट प्रक्रिया: ई-कॉमर्स प्लॅटफॉर्म विविध पेमेंट पद्धतींना (उदा. क्रेडिट कार्ड, पेपैल, बँक ट्रान्सफर) समर्थन देण्यासाठी स्ट्रॅटेजी पॅटर्न वापरतात. प्रत्येक पेमेंट पद्धत काँक्रीट स्ट्रॅटेजी म्हणून लागू केली जाते.
• शिपिंग खर्च गणना: ऑनलाइन किरकोळ विक्रेते वजन, गंतव्यस्थान आणि शिपिंग पद्धती यांसारख्या घटकांवर आधारित शिपिंग खर्चाची गणना करण्यासाठी स्ट्रॅटेजी पॅटर्न वापरतात.
• इमेज कॉम्प्रेशन: इमेज एडिटिंग सॉफ्टवेअर विविध इमेज कॉम्प्रेशन अल्गोरिदम (उदा. JPEG, PNG, GIF) समर्थन देण्यासाठी स्ट्रॅटेजी पॅटर्न वापरतात.
• डेटा व्हॅलिडेशन: डेटा एंट्री फॉर्म्स इनपुट केलेल्या डेटाच्या प्रकारानुसार (उदा. ईमेल ॲड्रेस, फोन नंबर, तारीख) भिन्न व्हॅलिडेशन स्ट्रॅटेजी वापरू शकतात.
• रूटिंग अल्गोरिदम: GPS नेव्हिगेशन सिस्टम्स वापरकर्त्याच्या प्राधान्यांनुसार भिन्न रूटिंग अल्गोरिदम (उदा. सर्वात लहान अंतर, सर्वात वेगवान वेळ, कमी रहदारी) वापरतात.

स्ट्रॅटेजी पॅटर्नचे फायदे

• लवचिकता: आपण कॉन्टेक्स्टमध्ये बदल न करता नवीन स्ट्रॅटेजी सहजपणे जोडू शकता.
• पुन: वापरक्षमता: स्ट्रॅटेजी विविध कॉन्टेक्स्टमध्ये पुन्हा वापरल्या जाऊ शकतात.
• एनकॅप्सुलेशन: प्रत्येक स्ट्रॅटेजी तिच्या स्वतःच्या क्लासमध्ये एनकॅप्सुलेटेड असते, ज्यामुळे मॉड्युलॅरिटी आणि स्पष्टता वाढते.
• ओपन/क्लोज्ड प्रिन्सिपल: आपण विद्यमान कोडमध्ये बदल न करता नवीन स्ट्रॅटेजी जोडून सिस्टम विस्तारित करू शकता.

स्ट्रॅटेजी पॅटर्नचे तोटे

• वाढलेली जटिलता: क्लासेसची संख्या वाढू शकते, ज्यामुळे सिस्टम अधिक जटिल होते.
• क्लायंटची जागरूकता: क्लायंटला उपलब्ध असलेल्या भिन्न स्ट्रॅटेजीची जाणीव असणे आवश्यक आहे आणि योग्य स्ट्रॅटेजी निवडणे आवश्यक आहे.

कमांड पॅटर्न

कमांड पॅटर्न काय आहे?

कमांड पॅटर्न विनंतीला एका ऑब्जेक्टमध्ये एनकॅप्सुलेट करतो, ज्यामुळे तुम्ही क्लायंट्सना भिन्न विनंत्यांसह पॅरामिटराइझ करू शकता, विनंत्या कतारबद्ध किंवा लॉग करू शकता आणि पूर्ववत करण्यायोग्य ऑपरेशन्सना समर्थन देऊ शकता. हे ऑपरेशनला कॉल करणारा ऑब्जेक्ट आणि ते कार्य करण्यास सक्षम असलेल्या ऑब्जेक्टला डीकपल्ड करते.

रेस्टॉरंटचा विचार करा. तुम्ही (क्लायंट) वेटरला (इनव्होकर) ऑर्डर (एक कमांड) देता. वेटर स्वतः अन्न तयार करत नाही; ते शेफकडे (रिसीव्हर) ऑर्डर पाठवतात, जो प्रत्यक्षात कृती करतो. कमांड पॅटर्न तुम्हाला ऑर्डर देण्याची प्रक्रिया स्वयंपाक करण्याच्या प्रक्रियेपासून वेगळे करण्याची परवानगी देतो.

कमांड पॅटर्नचे घटक

• कमांड (Command): विनंती कार्यान्वित करण्यासाठी मेथड घोषित करणारा इंटरफेस किंवा ॲबस्ट्रॅक्ट क्लास.
• काँक्रीट कमांड (ConcreteCommand): कमांड इंटरफेसचे काँक्रीट इम्प्लिमेंटेशन, जे रिसीव्हर ऑब्जेक्टला ॲक्शनशी जोडते.
• रिसीव्हर (Receiver): प्रत्यक्ष काम करणारा ऑब्जेक्ट.
• इनव्होकर (Invoker): कमांडला विनंती पूर्ण करण्यास सांगणारा ऑब्जेक्ट. हे कमांड ऑब्जेक्ट ठेवते आणि ऑपरेशन सुरू करण्यासाठी त्याची execute मेथड कॉल करते.
• क्लायंट (Client): काँक्रीट कमांड ऑब्जेक्ट्स तयार करते आणि त्यांचे रिसीव्हर सेट करते.

पायथन अंमलबजावणी

येथे कमांड पॅटर्नचे वर्णन करणारे पायथन उदाहरण आहे:

class Command:
    def execute(self):
        raise NotImplementedError


class ConcreteCommand(Command):
    def __init__(self, receiver, action):
        self._receiver = receiver
        self._action = action

    def execute(self):
        self._receiver.action(self._action)


class Receiver:
    def action(self, action):
        print(f"Receiver: Performing action '{action}'")


class Invoker:
    def __init__(self):
        self._commands = []

    def add_command(self, command):
        self._commands.append(command)

    def execute_commands(self):
        for command in self._commands:
            command.execute()


# Example Usage
receiver = Receiver()

command1 = ConcreteCommand(receiver, "Operation 1")
command2 = ConcreteCommand(receiver, "Operation 2")

invoker = Invoker()
invoker.add_command(command1)
invoker.add_command(command2)

invoker.execute_commands()

या उदाहरणात, `Command` इंटरफेस `execute()` मेथड परिभाषित करतो. `ConcreteCommand` रिसीव्हर ऑब्जेक्टला एका विशिष्ट ॲक्शनशी जोडतो. `Invoker` क्लास कमांड ऑब्जेक्ट्सची सूची राखतो आणि त्यांना क्रमाने कार्यान्वित करतो. क्लायंट `ConcreteCommand` ऑब्जेक्ट्स तयार करते आणि त्यांना `Invoker` मध्ये जोडते.

वास्तविक-जगातील ऍप्लिकेशन्स

• GUI टूलबार आणि मेनू: प्रत्येक बटण किंवा मेनू आयटम कमांड म्हणून दर्शविला जाऊ शकतो. जेव्हा वापरकर्ता बटणावर क्लिक करतो, तेव्हा संबंधित कमांड कार्यान्वित केली जाते.
• व्यवहार प्रक्रिया: डेटाबेस सिस्टममध्ये, प्रत्येक व्यवहाराला कमांड म्हणून दर्शविले जाऊ शकते. हे पूर्ववत/पुन्हा करा कार्यक्षमता आणि व्यवहार लॉगिंगची परवानगी देते.
• मॅक्रो रेकॉर्डिंग: सॉफ्टवेअर ऍप्लिकेशन्समधील मॅक्रो रेकॉर्डिंग वैशिष्ट्ये वापरकर्ता क्रिया कॅप्चर आणि प्लेबॅक करण्यासाठी कमांड पॅटर्न वापरतात.
• जॉब क्यू: एसिंक्रोनसपणे कार्ये प्रक्रिया करणाऱ्या सिस्टम्समध्ये अनेकदा जॉब क्यू असतात, जिथे प्रत्येक जॉब कमांड म्हणून दर्शविला जातो.
• रिमोट प्रोसिजर कॉल्स (RPC): RPC यंत्रणा रिमोट मेथड इनव्होकेशन्स एनकॅप्सुलेट करण्यासाठी कमांड पॅटर्न वापरतात.

कमांड पॅटर्नचे फायदे

• डीकपलिंग: इनव्होकर आणि रिसीव्हर डीकपल्ड आहेत, ज्यामुळे अधिक लवचिकता आणि पुन: वापरक्षमता मिळते.
• क्युइंग आणि लॉगिंग: कमांड्स क्यु आणि लॉग केल्या जाऊ शकतात, ज्यामुळे पूर्ववत/पुन्हा करा आणि ऑडिट ट्रेल्स यांसारख्या वैशिष्ट्यांमध्ये सक्षम होते.
• पॅरामिटरायझेशन: कमांड्स भिन्न विनंत्यांसह पॅरामिटराइझ केल्या जाऊ शकतात, ज्यामुळे त्या अधिक बहुमुखी बनतात.
• पूर्ववत/पुन्हा करा समर्थन: कमांड पॅटर्न पूर्ववत/पुन्हा करा कार्यक्षमता लागू करणे सोपे करते.

कमांड पॅटर्नचे तोटे

• वाढलेली जटिलता: क्लासेसची संख्या वाढू शकते, ज्यामुळे सिस्टम अधिक जटिल होते.
• ओव्हरहेड: कमांड ऑब्जेक्ट्स तयार करणे आणि कार्यान्वित करणे काही ओव्हरहेड सादर करू शकते.

निष्कर्ष

ऑब्झर्व्हर, स्ट्रॅटेजी आणि कमांड पॅटर्न्स हे पायथनमध्ये लवचिक, देखभाल करण्यायोग्य आणि स्केलेबल सॉफ्टवेअर सिस्टम तयार करण्यासाठी शक्तिशाली साधने आहेत. त्यांचे उद्देश, अंमलबजावणी आणि वास्तविक-जगातील ऍप्लिकेशन्स समजून घेऊन, आपण सामान्य डिझाइन समस्या सोडवण्यासाठी या पॅटर्न्सचा वापर करू शकता आणि अधिक मजबूत आणि अनुकूल ऍप्लिकेशन्स तयार करू शकता. प्रत्येक पॅटर्नशी संबंधित ट्रेड-ऑफ्सचा विचार करण्याचे लक्षात ठेवा आणि आपल्या विशिष्ट गरजांसाठी सर्वोत्तम अनुकूल असलेला पॅटर्न निवडा. या बिहेवियरल पॅटर्न्समध्ये प्रभुत्व मिळवल्याने एक सॉफ्टवेअर अभियंता म्हणून तुमची क्षमता लक्षणीयरीत्या वाढेल.