Cum de a alege între Singleton, Fabrica, și modele de prototip în inginerie software-ul de proiectare

Înţelegerea celor trei modele de creaţie fundamentale

Modelele de proiectare software sunt planuri testate în luptă pentru rezolvarea problemelor de proiectare recurente. Printre cele mai frecvent utilizate sunt modelele creaționale .Official , Fabrica, și Prototype fiecare care reglementează modul în care obiectele sunt instantiate. Alegerea dreptul de impact direct de întreținere cod, performanță, și scalabilitate. Acest ghid extins se scufundă adânc în fiecare model, explorează scenarii din lumea reală, și oferă criterii de acțiune pentru a vă ajuta să ia o decizie informată.

Model Singleton: Un tribunal care să le conducă pe toate

Modelul Singleton asigură o clasă are exact o instanță și oferă un punct de acces global la ea. Este unul dintre cele mai simple modele, dar este adesea folosit în mod abuziv. Ideea de bază este de a controla procesul de instanțiere, astfel încât, indiferent de câte ori clasa este solicitată, același obiect este returnat.

Cum funcționează Singleton

De obicei, o clasă Singleton are un constructor privat și o metodă statică care returnează instanța. Primul apel creează obiectul; apelurile ulterioare reutilizează aceeași instanță. În mediile cu mai multe fire, sincronizarea este necesară pentru a preveni condițiile de rasă care ar putea crea mai multe cazuri.

public class DatabaseConnectionPool {
 private static DatabaseConnectionPool instance;
 private DatabaseConnectionPool() { /* initialization */ }
 public static synchronized DatabaseConnectionPool getInstance() {
 if (instance == null) {
 instance = new DatabaseConnectionPool();
 }
 return instance;
 }
}

Când Singleton străluceşte

• Managerarea resurselor comune: Un bazin de conectare, un serviciu de exploatare forestieră sau un manager de configurare beneficiază de un singur punct de coordonare.
• Stare globală: Atunci când un cache sau registru de aplicații are nevoie de acces coerent.
• Resurse de tip Hardware sau de nivel OS: Sistemele de fișiere, spooler-urile de imprimante sau managerii de ferestre permit de obicei un singur caz.

Capturi comune de evitat

• Folosind Singleton pentru orice duce la dependențe ascunse și face unitatea să fie greu de testat pentru că nu poți înlocui cu ușurință cazul cu un joc.
• Thread-siguranță deasupra capului: Metoda clasică sincronizată poate deveni un blocaj. Alternative cum ar fi inițializarea dornică sau blocare dublu-verificat (cu volatil) reduce disputa.
• Pentru că punctul de acces global este codat, clienții devin legați de clasa Singleton beton, încălcând principiul Inversiunea Dependentei.

În ciuda acestor dezavantaje, Singleton rămâne util atunci când aveți nevoie cu adevărat de un singur obiect, accesibil la nivel global. Pentru o înțelegere mai profundă, a se vedea Refactoring Guru

abstract class Dialog {
 abstract Button createButton();
 public void render() {
 Button okButton = createButton();
 okButton.onClick();
 }
}
class WindowsDialog extends Dialog {
 Button createButton() { return new WindowsButton(); }
}

Fabrica este ta-la atunci când creația de obiecte este complexă sau când trebuie să schimbi implementările la termen. Este mai flexibil decât Singleton, deoarece nu restrânge numărul de cazuri de instanță centralizează doar crearea. Spre deosebire de prototip, Fabrica creează noi cazuri de la zero, mai degrabă decât copierea celor existente. Pentru o imagine de ansamblu cuprinzătoare a ambelor variante, vizita Refactoring Guru Factory Method page și Abstract Factory page.

Model prototip: Clonă în loc de construcţie

Modelul Prototip creează obiecte noi prin copierea unui obiect existent. Este deosebit de valoros atunci când instantiatia este scump (de exemplu, interogări de baze de date grele, calcule geometrie complexe) sau atunci când configurarea obiectului este consumatoare de timp. În loc de a construi de la zero, clonezi un caz pre-configurat și îl modifici după cum este necesar.

Mecanica clonării: superficial vs. Deep Copy

Majoritatea limbajelor de programare oferă o metodă clonă integrată ( în Java, în Python, sau răspândită în JavaScript. Cu toate acestea, trebuie să se acorde o atenție atentă dacă copia este superficială (referințe comune la obiectele mutabile) sau profundă (complet independentă). O copie profundă reproduce în mod recursiv toate obiectele menționate de clonă. La implementarea Prototipului, trebuie să decideți care nivel de copiere se potrivește cazului de utilizare.

class MazePrototype {
 public MazePrototype clone() throws CloneNotSupportedException {
 return (MazePrototype) super.clone(); // shallow copy
 }
}

Scenarii ideale pentru prototipuri

• Crearea unui obiect în mod constant: De exemplu, încărcarea unei configuraţii mari dintr-un fişier sau generarea unei ochiuri geometrice complexe.
• Objects Dynamic runtime: Atunci când sistemul trebuie să genereze obiecte noi ale căror tipuri sunt determinate la rulare (de exemplu, tipuri inamice într-un joc care sunt născute din șabloane predefinite).
• Reducând exploziile subclasei: În loc să creezi multe subclase pentru mici variații, clonezi un prototip și reglezi câteva proprietăți.

Registrul prototipului și Caching

Puteți lua Prototype un pas mai departe prin implementarea unui registry

Comparație laterală cu cea laterală: Singleton, Factory, Prototype

Pentru a vă ajuta să alegeţi, tabelul de mai jos subliniază diferenţele cheie:

Când modelele se suprapun sau se combină

• Singleton + Factory: O fabrică poate fi ea însăși o Singleton (de exemplu, o fabrică abstractă pe platformă).Acest lucru combină accesul global cu crearea centralizată.
• Prototip + Fabrica: Un registru prototip poate acționa ca o fabrică .Tu clonă un prototip în loc de a apela un constructor. Acest lucru este deosebit de util în dezvoltarea jocului atunci când entitățile de reproducere.
• Prototip + Singleton: Un prototip ar putea fi un obiect Singleton în sensul că există un singur prototip de instanță pe tip, deși clonele nu sunt singletoni.

Cadrul de decizie practică

Când vă confruntaţi cu o problemă de proiectare care necesită un model creaţional, adresaţi-vă acestor întrebări în ordine:

1. Am nevoie de exact un exemplu pe parcursul aplicației? Dacă da, ia în considerare Singleton.Dar asigurați-vă că este nevoie cu adevărat de o stare comună la nivel global și că testabilitatea nu va suferi.
2. Este obiectul complex creatiei sau care este posibil sa se schimbe? Daca da, folositi metoda de fabrica sau Fabrica abstracta. Acest lucru este deosebit de util atunci cand anticipati adaugarea de noi tipuri de obiecte mai tarziu.
3. Este creația obiectului un blocaj de performanță, sau am nevoie de mai multe cazuri care diferă doar ușor? Dacă da, Prototipul poate salva timp și memorie prin clonarea unui șablon.
4. Poate mai mult de un model servi același scop? Evaluați compromisurile. De exemplu, un model Flyweight ar putea reduce memoria în loc de Prototip dacă scopul este schimbul de date imuabile.

Exemple reale în software-ul inginerie

Aplicaţiile de inginerie amestecă adesea aceste modele. Un sistem CAD ar putea utiliza Singleton pentru managerul de preferinţe pentru utilizator, Fabrica pentru a crea diferite forme geometrice (cerc, poligon, spline) şi Prototip pentru clonarea unui ansamblu complex şi apoi modificarea acestuia. Un motor de simulare ar putea folosi Fabrica pentru a crea diferite obiecte de rezolvare, prototip pentru copierea configuraţiilor sistemului de particule, şi Singleton pentru un serviciu de exploatare care înregistrează toate etapele de simulare.

Concluzie: Nu lăsați modele Dogmatize design-ul

Singleton, Factory, și Prototip sunt modele de creație fundamentale, dar acestea nu sunt gloanțe de argint. Cea mai bună alegere iese din înțelegerea constrângerilor sistemului dumneavoastră: nevoia de exemplu controlul, complexitatea creației de obiecte, și costul de noi cazuri. Preferă întotdeauna claritate și testabilitate peste puritatea de model. Când, în îndoială, începe cu Factory țit oferă cea mai curată decuplare și poate fi înlocuit sau mărit cu Prototype sau Singleton în cazul în care situația garantează.

Prin stăpânirea acestor trei modele, vă echipați cu un set de instrumente versatil pentru construirea unui software de inginerie robust și flexibil. Pentru lectură ulterioară, explorați Wikipedia despre modele de proiectare software și Refactoring Guru survizonare a modelelor creaționale.