Dizayn patternlari: Elegant dasturiy ta'minot arxitekturasi uchun qayta ishlatiladigan yechimlar

Dasturiy ta'minotni ishlab chiqish sohasida dizayn patternlari keng tarqalgan muammolarga qayta ishlatiladigan yechimlarni taqdim etuvchi, sinovdan o‘tgan loyihalar sifatida xizmat qiladi. Ular o'nlab yillar davomidagi amaliy qo'llanilish natijasida takomillashtirilgan ilg'or tajribalar to'plamini ifodalaydi va kengaytiriladigan, qo'llab-quvvatlanadigan va samarali dasturiy tizimlarni yaratish uchun mustahkam asosni taklif etadi. Ushbu maqolada dizayn patternlari dunyosiga sho'ng'iymiz, ularning afzalliklari, toifalari va turli dasturlash kontekstlaridagi amaliy qo'llanilishini o'rganamiz.

Dizayn patternlari nima?

Dizayn patternlari nusxa ko'chirib, joylashtirishga tayyor kod parchalari emas. Aksincha, ular takrorlanuvchi dizayn muammolariga umumlashtirilgan yechimlar tavsifidir. Ular ishlab chiquvchilar o'rtasida umumiy lug'at va o'zaro tushunishni ta'minlaydi, bu esa yanada samarali muloqot va hamkorlikka imkon beradi. Ularni dasturiy ta'minot uchun arxitektura shablonlari deb o'ylang.

Aslini olganda, dizayn patterni ma'lum bir kontekstdagi dizayn muammosining yechimini o'zida mujassam etadi. U quyidagilarni tavsiflaydi:

U hal qiladigan muammo.
Muammo yuzaga keladigan kontekst.
Ishtirok etuvchi obyektlar va ularning o'zaro munosabatlarini o'z ichiga olgan yechim.
Yechimni qo'llashning oqibatlari, shu jumladan murosalar va potentsial afzalliklar.

Bu tushuncha "To'rtlik bandasi" (GoF) – Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson va John Vlissides – tomonidan ularning mashhur "Dizayn patternlari: Qayta ishlatiladigan obyektga yo'naltirilgan dasturiy ta'minot elementlari" kitobida ommalashtirilgan. Ular bu g'oyaning asoschilari bo'lmasalar-da, ko'plab fundamental patternlarni kodlashtirib, katalogga kiritdilar va dasturiy ta'minot dizaynerlari uchun standart lug'atni yaratdilar.

Nima uchun dizayn patternlaridan foydalanish kerak?

Dizayn patternlaridan foydalanish bir nechta asosiy afzalliklarni taqdim etadi:

Kodning qayta ishlatiluvchanligini oshirish: Patternlar turli kontekstlarga moslashtirilishi mumkin bo'lgan aniq belgilangan yechimlarni taqdim etish orqali kodni qayta ishlatishga yordam beradi.
Qo'llab-quvvatlanuvchanlikni yaxshilash: Belgilangan patternlarga rioya qiladigan kodni odatda tushunish va o'zgartirish osonroq bo'ladi, bu esa texnik xizmat ko'rsatish paytida xatoliklarni kiritish xavfini kamaytiradi.
Kengaytiriluvchanlikni oshirish: Patternlar ko'pincha kengaytiriluvchanlik muammolarini bevosita hal qiladi va kelajakdagi o'sish va o'zgaruvchan talablarga mos keladigan tuzilmalarni taqdim etadi.
Ishlab chiqish vaqtini qisqartirish: Tasdiqlangan yechimlardan foydalangan holda, ishlab chiquvchilar g'ildirakni qayta ixtiro qilishdan qochishlari va o'z loyihalarining noyob jihatlariga e'tibor qaratishlari mumkin.
Muloqotni yaxshilash: Dizayn patternlari ishlab chiquvchilar uchun umumiy tilni ta'minlab, yaxshiroq muloqot va hamkorlikni osonlashtiradi.
Murakkablikni kamaytirish: Patternlar katta dasturiy tizimlarni kichikroq, boshqarilishi osonroq komponentlarga bo'lish orqali ularning murakkabligini boshqarishga yordam beradi.

Dizayn patternlarining toifalari

Dizayn patternlari odatda uchta asosiy turga bo'linadi:

1. Yaratuvchi patternlar

Yaratuvchi patternlar obyektlarni yaratish mexanizmlari bilan shug'ullanadi, instansiyalash jarayonini abstraktlashtirishni va obyektlar qanday yaratilishida moslashuvchanlikni ta'minlashni maqsad qiladi. Ular obyekt yaratish mantiqini obyektlardan foydalanadigan klient kodidan ajratadi.

Singleton: Sinfning faqat bitta instansiyasiga ega bo'lishini ta'minlaydi va unga global kirish nuqtasini taqdim etadi. Klassik misol - log yuritish xizmati. Germaniya kabi ba'zi mamlakatlarda ma'lumotlar maxfiyligi birinchi o'rinda turadi va Singleton loggeri maxfiy ma'lumotlarga kirishni diqqat bilan nazorat qilish va audit qilish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa GDPR kabi qoidalarga muvofiqlikni ta'minlaydi.
Fabrika usuli: Obyekt yaratish uchun interfeysni belgilaydi, lekin qaysi sinfni instansiyalashni quyi sinflarga hal qilishga imkon beradi. Bu kompilyatsiya vaqtida aniq obyekt turini bilmaganingizda foydali bo'lgan kechiktirilgan instansiyalashga imkon beradi. Kross-platformali UI to'plamini ko'rib chiqing. Fabrika usuli operatsion tizimga (masalan, Windows, macOS, Linux) qarab yaratiladigan mos tugma yoki matn maydoni sinfini aniqlashi mumkin.
Abstrakt fabrika: O'zaro bog'liq yoki bog'liq bo'lgan obyektlar oilalarini ularning aniq sinflarini ko'rsatmasdan yaratish uchun interfeysni taqdim etadi. Bu turli komponentlar to'plamlari o'rtasida osongina almashinish kerak bo'lganda foydalidir. Xalqarolashtirish haqida o'ylang. Abstrakt fabrika foydalanuvchining joylashuviga (masalan, ingliz, fransuz, yapon) qarab to'g'ri til va formatdagi UI komponentlarini (tugmalar, yorliqlar va h.k.) yaratishi mumkin.
Quruvchi: Murakkab obyektning qurilishini uning tasviridan ajratadi, bu esa bir xil qurilish jarayonida turli xil tasvirlarni yaratishga imkon beradi. Bir xil yig'ish liniyasi jarayoni, lekin turli komponentlar bilan har xil turdagi avtomobillarni (sport avtomobili, sedan, SUV) qurishni tasavvur qiling.
Prototip: Prototip instansiyasidan foydalanib yaratiladigan obyektlar turini belgilaydi va ushbu prototipni nusxalash orqali yangi obyektlarni yaratadi. Bu obyektlarni yaratish qimmat bo'lganda va takroriy initsializatsiyadan qochishni istaganingizda foydalidir. Masalan, o'yin dvigateli personajlar yoki atrof-muhit obyektlari uchun prototiplardan foydalanib, ularni noldan qayta yaratish o'rniga kerak bo'lganda klonlashi mumkin.

2. Tarkibiy patternlar

Tarkibiy patternlar kattaroq tuzilmalarni shakllantirish uchun sinflar va obyektlar qanday tuzilganligiga e'tibor qaratadi. Ular obyektlar orasidagi munosabatlar va ularni qanday soddalashtirish bilan shug'ullanadi.

Adapter: Sinfning interfeysini klientlar kutadigan boshqa interfeysga o'zgartiradi. Bu nomuvofiq interfeyslarga ega sinflarning birgalikda ishlashiga imkon beradi. Masalan, siz XML ishlatadigan eski tizimni JSON ishlatadigan yangi tizim bilan integratsiya qilish uchun Adapterdan foydalanishingiz mumkin.
Ko'prik: Abstraksiyani uning amalga oshirilishidan ajratadi, shunda ikkalasi mustaqil ravishda o'zgarishi mumkin. Bu dizayningizda bir nechta o'zgarish o'lchovlari mavjud bo'lganda foydalidir. Har xil shakllarni (doira, to'rtburchak) va turli renderlash dvigatellarini (OpenGL, DirectX) qo'llab-quvvatlaydigan chizma ilovasini ko'rib chiqing. Ko'prik patterni shakl abstraksiyasini renderlash dvigateli realizatsiyasidan ajratishi mumkin, bu sizga boshqasiga ta'sir qilmasdan yangi shakllar yoki renderlash dvigatellarini qo'shishga imkon beradi.
Kompozit: Obyektlarni qism-butun ierarxiyasini ifodalash uchun daraxt tuzilmalariga birlashtiradi. Bu klientlarga alohida obyektlar va obyektlar kompozitsiyalariga bir xilda munosabatda bo'lish imkonini beradi. Klassik misol - fayl tizimi bo'lib, unda fayllar va kataloglar daraxt tuzilmasidagi tugunlar sifatida ko'rib chiqilishi mumkin. Ko'p millatli kompaniya kontekstida tashkiliy sxemani ko'rib chiqing. Kompozit patterni bo'limlar va xodimlarning ierarxiyasini ifodalashi mumkin, bu sizga alohida xodimlarga yoki butun bo'limlarga operatsiyalarni (masalan, byudjetni hisoblash) bajarishga imkon beradi.
Dekorator: Obyektga dinamik ravishda mas'uliyatlarni qo'shadi. Bu funksionallikni kengaytirish uchun quyi sinflarga moslashuvchan alternativani taqdim etadi. UI komponentlariga chegaralar, soyalar yoki fon kabi xususiyatlarni qo'shishni tasavvur qiling.
Fasad: Murakkab quyi tizimga soddalashtirilgan interfeysni taqdim etadi. Bu quyi tizimni ishlatish va tushunishni osonlashtiradi. Misol tariqasida leksik tahlil, sintaktik tahlil va kod generatsiyasining murakkabliklarini oddiy `compile()` metodi orqasiga yashiradigan kompilyatorni keltirish mumkin.
Yengil vaznli (Flyweight): Ko'p sonli mayda donador obyektlarni samarali qo'llab-quvvatlash uchun umumiy foydalanishdan foydalanadi. Bu ba'zi umumiy holatni baham ko'radigan ko'p sonli obyektlaringiz bo'lganda foydalidir. Matn muharririni ko'rib chiqing. Yengil vaznli patterni belgilar gliflarini almashish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa katta hujjatlarni ko'rsatishda xotira sarfini kamaytiradi va ishlash samaradorligini oshiradi, ayniqsa minglab belgilarga ega bo'lgan xitoy yoki yapon kabi belgilar to'plamlari bilan ishlashda dolzarbdir.
Proksi: Boshqa obyektga kirishni nazorat qilish uchun uning o'rnini bosuvchi yoki plaginni taqdim etadi. Bu turli maqsadlarda, masalan, kechiktirilgan initsializatsiya, kirishni nazorat qilish yoki masofaviy kirish uchun ishlatilishi mumkin. Keng tarqalgan misol - dastlab tasvirning past aniqlikdagi versiyasini yuklaydigan va keyin kerak bo'lganda yuqori aniqlikdagi versiyasini yuklaydigan proksi tasvirdir.

3. Xulq-atvor patternlari

Xulq-atvor patternlari algoritmlar va obyektlar o'rtasida mas'uliyatni taqsimlash bilan bog'liq. Ular obyektlarning o'zaro ta'sirini va mas'uliyatni qanday taqsimlashini tavsiflaydi.

Mas'uliyat zanjiri: So'rovni bir nechta obyektlarga uni qayta ishlash imkoniyatini berish orqali so'rov yuboruvchisini uning qabul qiluvchisiga bog'lanishdan saqlaydi. So'rov zanjir bo'ylab uzatiladi, toki ulardan biri uni qayta ishlamaguncha. Murakkabligiga qarab so'rovlar turli qo'llab-quvvatlash darajalariga yo'naltiriladigan yordam markazi tizimini ko'rib chiqing.
Buyruq: So'rovni obyekt sifatida inkapsulyatsiya qiladi, shu bilan sizga klientlarni turli so'rovlar bilan parametrlash, so'rovlarni navbatga qo'yish yoki qayd etish va bekor qilinadigan operatsiyalarni qo'llab-quvvatlash imkonini beradi. Har bir harakat (masalan, kesish, nusxalash, joylashtirish) Buyruq obyekti bilan ifodalangan matn muharririni o'ylang.
Interpretator: Bir til berilgan bo'lsa, uning grammatikasi uchun tasvirni va tildagi jumlalarni izohlash uchun ushbu tasvirdan foydalanadigan interpretatorni aniqlang. Domen-maxsus tillarni (DSLs) yaratish uchun foydali.
Iterator: Agregat obyektining elementlariga uning asosiy tasvirini ochmasdan ketma-ket kirish usulini taqdim etadi. Bu ma'lumotlar to'plamlarini aylanib chiqish uchun fundamental pattern.
Vositachi (Mediator): Obyektlar to'plamining o'zaro ta'sirini inkapsulyatsiya qiladigan obyektni belgilaydi. Bu obyektlarni bir-biriga to'g'ridan-to'g'ri murojaat qilishdan saqlab, bo'sh bog'lanishni rag'batlantiradi va ularning o'zaro ta'sirini mustaqil ravishda o'zgartirishga imkon beradi. Vositachi obyekti turli foydalanuvchilar o'rtasidagi aloqani boshqaradigan chat ilovasini ko'rib chiqing.
Memento: Inkapsulyatsiyani buzmasdan, obyektning ichki holatini ushlab qolib, tashqi ko'rinishga keltiradi, shunda obyekt keyinchalik bu holatga qaytarilishi mumkin. Bekor qilish/qaytarish funksionalligini amalga oshirish uchun foydali.
Kuzatuvchi: Obyektlar o'rtasida bir-ko'p bog'liqlikni belgilaydi, shunda bir obyekt holati o'zgarganda, uning barcha bog'liqlari avtomatik ravishda xabardor qilinadi va yangilanadi. Bu pattern UI freymvorklarida keng qo'llaniladi, bu yerda UI elementlari (kuzatuvchilar) asosiy ma'lumotlar modeli (subyekt) o'zgarganda o'zlarini yangilaydilar. Birja narxlari (subyekt) o'zgarganda bir nechta jadvallar va displeylar (kuzatuvchilar) yangilanadigan birja ilovasi keng tarqalgan misoldir.
Holat: Obyektga ichki holati o'zgarganda o'z xatti-harakatini o'zgartirishga imkon beradi. Obyekt o'z sinfini o'zgartirganga o'xshaydi. Ushbu pattern cheklangan miqdordagi holatlarga va ular orasidagi o'tishlarga ega bo'lgan obyektlarni modellashtirish uchun foydalidir. Qizil, sariq va yashil kabi holatlarga ega bo'lgan svetoforni ko'rib chiqing.
Strategiya: Algoritmlar oilasini belgilaydi, har birini inkapsulyatsiya qiladi va ularni o'zaro almashtiriladigan qiladi. Strategiya algoritmni uni ishlatadigan klientlardan mustaqil ravishda o'zgarishiga imkon beradi. Bu vazifani bajarishning bir nechta usullari mavjud bo'lganda va ular o'rtasida osongina almashinishni istaganingizda foydalidir. Elektron tijorat ilovasida turli xil to'lov usullarini (masalan, kredit karta, PayPal, bank o'tkazmasi) ko'rib chiqing. Har bir to'lov usuli alohida Strategiya obyekti sifatida amalga oshirilishi mumkin.
Shablon usuli: Algoritmning skeletini metodda belgilaydi, ba'zi qadamlarni quyi sinflarga qoldiradi. Shablon usuli quyi sinflarga algoritmning tuzilishini o'zgartirmasdan uning ma'lum qadamlarini qayta aniqlashga imkon beradi. Hisobot yaratishning asosiy bosqichlari (masalan, ma'lumotlarni olish, formatlash, chiqarish) shablon metodida belgilangan va quyi sinflar ma'lum ma'lumotlarni olish yoki formatlash mantig'ini moslashtirishi mumkin bo'lgan hisobot yaratish tizimini ko'rib chiqing.
Tashrifchi (Visitor): Obyekt tuzilmasi elementlarida bajariladigan operatsiyani ifodalaydi. Tashrifchi sizga u ishlaydigan elementlarning sinflarini o'zgartirmasdan yangi operatsiyani aniqlashga imkon beradi. Murakkab ma'lumotlar tuzilmasini (masalan, abstrakt sintaksis daraxti) aylanib chiqishni va turli xil tugunlarda turli operatsiyalarni (masalan, kod tahlili, optimallashtirish) bajarishni tasavvur qiling.

Turli dasturlash tillaridagi misollar

Dizayn patternlarining tamoyillari bir xil bo'lib qolsa-da, ularni amalga oshirish ishlatiladigan dasturlash tiliga qarab farq qilishi mumkin.

Java: "To'rtlik bandasi" misollari asosan C++ va Smalltalk-ga asoslangan edi, ammo Java-ning obyektga yo'naltirilgan tabiati uni dizayn patternlarini amalga oshirish uchun juda mos qiladi. Mashhur Java freymvorki bo'lgan Spring Framework Singleton, Factory va Proxy kabi dizayn patternlaridan keng foydalanadi.
Python: Python-ning dinamik terish va moslashuvchan sintaksisi dizayn patternlarining ixcham va ifodali amalga oshirilishiga imkon beradi. Python-ning kodlash uslubi boshqacha. Muayyan metodlarni soddalashtirish uchun `@decorator` dan foydalanish kabi.
C#: C# ham obyektga yo'naltirilgan tamoyillarni kuchli qo'llab-quvvatlaydi va dizayn patternlari .NET ishlab chiqishda keng qo'llaniladi.
JavaScript: JavaScript-ning prototipga asoslangan merosi va funksional dasturlash imkoniyatlari dizayn patternlarini amalga oshirishga turli xil yondashuvlarni taqdim etadi. Module, Observer va Factory kabi patternlar React, Angular va Vue.js kabi front-end ishlab chiqish freymvorklarida keng qo'llaniladi.

Oldini olish kerak bo'lgan umumiy xatolar

Dizayn patternlari ko'plab afzalliklarni taqdim etsa-da, ularni oqilona ishlatish va umumiy tuzoqlardan qochish muhimdir:

Haddan tashqari muhandislik: Patternlarni muddatidan oldin yoki keraksiz qo'llash tushunish va qo'llab-quvvatlash qiyin bo'lgan haddan tashqari murakkab kodga olib kelishi mumkin. Agar oddiyroq yondashuv yetarli bo'lsa, patternni yechimga majburlamang.
Patternni noto'g'ri tushunish: Pattern hal qiladigan muammoni va u qo'llaniladigan kontekstni uni amalga oshirishga urinishdan oldin yaxshilab tushunib oling.
Murosalarni e'tiborsiz qoldirish: Har bir dizayn patterni o'zining murosalariga ega. Potentsial kamchiliklarni ko'rib chiqing va sizning aniq vaziyatingizda afzalliklar xarajatlardan ustun ekanligiga ishonch hosil qiling.
Kodni nusxalash va joylashtirish: Dizayn patternlari kod shablonlari emas. Asosiy tamoyillarni tushuning va patternni o'zingizning aniq ehtiyojlaringizga moslashtiring.

"To'rtlik bandasi"dan tashqari

GoF patternlari asos bo'lib qolsa-da, dizayn patternlari dunyosi rivojlanishda davom etmoqda. Parallel dasturlash, taqsimlangan tizimlar va bulutli hisoblash kabi sohalardagi o'ziga xos muammolarni hal qilish uchun yangi patternlar paydo bo'lmoqda. Misollar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

CQRS (Command Query Responsibility Segregation): Yaxshilangan ishlash va kengaytiriluvchanlik uchun o'qish va yozish operatsiyalarini ajratadi.
Event Sourcing: Ilovaning holatidagi barcha o'zgarishlarni voqealar ketma-ketligi sifatida qayd etadi, bu esa keng qamrovli audit jurnalini taqdim etadi va qayta ijro etish va vaqt bo'ylab sayohat kabi ilg'or xususiyatlarni yoqadi.
Mikroservislar arxitekturasi: Ilovani har biri ma'lum bir biznes qobiliyati uchun mas'ul bo'lgan kichik, mustaqil ravishda joylashtiriladigan xizmatlar to'plamiga ajratadi.

Xulosa

Dizayn patternlari dasturiy ta'minot ishlab chiquvchilari uchun muhim vositalar bo'lib, umumiy dizayn muammolariga qayta ishlatiladigan yechimlarni taqdim etadi va kod sifati, qo'llab-quvvatlanuvchanligi va kengaytiriluvchanligini oshiradi. Dizayn patternlari ortidagi tamoyillarni tushunib, ularni oqilona qo'llash orqali ishlab chiquvchilar yanada mustahkam, moslashuvchan va samarali dasturiy tizimlarni yaratishlari mumkin. Biroq, aniq kontekst va murosasiz patternlarni ko'r-ko'rona qo'llashdan qochish juda muhim. Yangi patternlarni doimiy o'rganish va tadqiq qilish dasturiy ta'minotni ishlab chiqishning doimiy o'zgaruvchan landshafti bilan hamnafas bo'lish uchun zarurdir. Singapurdan Silikon vodiysigacha, dizayn patternlarini tushunish va qo'llash dasturiy ta'minot arxitektorlari va ishlab chiquvchilari uchun universal mahoratdir.