582104

1
582104 Ohjelmistojen mallintaminen,
suunnittelumalleja
2
Suunnittelumallit (design patterns)

• Kuvaus sellaisesta luokkarakenteesta olioiden
  vuorovaikutuk-sesta, joka ratkaisee tietyn
  yleisen ongelman tiettyjen reunaehtojen
  vallitessa
• Keskeinen lähde suunnittelumalleihin Gamma et
  al., Design Patterns Elements of Reusable
  Object-Oriented Software, Addison-Wesley, 1995

3
Ongelma kontekstissaan

• Gamma al. dokumentoivat suunnittelumallinsa
  dokumentoidaan standardoidussa formaatissa
• Nimi
• Ongelmakuvaus
• Ratkaisu
• Seuraukset
• Mallit ovat sidottuja johonkin ympäristöön
• Ei-olioympäristössä voisivat oliomaaliman
  peruskäsitteet perintä, kapselointi ja
  polymorfismi olla omia suunnittelumallejaan

4
Mallien luokittelu

• Gamma et al. jaoittelevat mallinsa kolmeen
  pääkategoriaan
• Olioiden luontimallit (creational)
• Olioiden käyttäytymismallit (behavioral)
• Luokkien rakenteelliset mallit (structural)
• Mallien tunteminen ja käyttäminen helpottaa
  kommunikaatiota suunnittelijoiden välillä
• Yhteinen sanasto
• Ohjelmakoodia korkeampi abstraktion taso

5
Luokkien ilmentymien luonti

• Kuka kutsuu luokan konstruktoria uuden ilmentymän
  luomiseksi?
• Koska ilmentymiä pitäisi luoda?
• jotkut oliot luodaan ohjelman käynnistyessä main-
  tai alustusoperaatiossa
• monet oliot luodaan dynaamisesti suoritusaikana,
  mutta niiden luoja on tiedossa staattisesti
  (käännösaikana)
• joissain tapauksissa olion luoja määräytyy
  dynaamisesti vasta suoritusaikana

6
Luontimalli new()

• Yksinkertaisin, ja kaikkien monimutkaisempien
  luontimallien hyödyntämä olion luontitapa on
  käyttää kielen new-avainsanaa
• new Kirahvi()
• new-avainsanaa käyttäessä kiinnitetään se
  konkreettinen luokka, josta olio halutaan
  instantioida
• Tämä vaikeuttaa geneeristen, uudelleenkäytettävien
  ohjelmien tekemistä
• Luontimalleja abstrakti tehdas, rakentaja,
  tehdasmetodi, prototyyppi, ainokainen

7
Luontimalli tehdasmetodi (factory method)

• Määritellään luokkaan metodi, jonka tehtävä on
  luoda halutunlaisia olioita.
• Merkitys 1 (puhtaampi oliotapa)
• Aliluokka kiinnittää luotavan olion tyypin
  syrjäyttämällä yliluokan metodin
• Merkitys 2 (yleisempi)
• Metodi jollain keinoin päättää, minkä luokan olio
  instantioidaan

8
Esimerkki tehdasmetodista

• public static Frequency getFrequency(double d)
• Frequency f
• if(testing)
• f new MockFrequency(d)
• else
• f new ObservableFrequency(d)
• return f

9
Luontimalli abstrakti tehdas

• Erilaisten, yhteenkuuluvien olioperheiden
  tuottamiseksi sopii luontimalli abstrakti tehdas
• Abstrakti rajapinta yhteenkuuluvien olioiden
  luomiseksi kiinnittämättä niiden konkreettisia
  luokkia
• Mahdollistaa sovelluksen konfiguroimisen luomaan
  tietyn konkreettisten aliluokkien perheen
  ilmentymiä

10
Abstrakti tehdas UMLnä
11
Olioiden käyttäytymismallit

• Olioiden ajonaikaisen käyttäytymisen
  mallintaminen
• Käyttäytymismalleilla tyypillisesti pyritään
  parantamaan järjestelmän joustavuutta
  mahdollistamalla käyttäytymisen parametrointi
  ja/tai yksityiskohtien piilottaminen
• Malleja esim. vastuuketju, iteraattori, hiutale,
  operaatiorunko, vierailija,..
• (Chain of responsibility, Iterator, Flyweight,
  Template method, Visitor)..

12
Tapahtumakäsittely

• Synkroninen kommunikointi aiheuttaa
  operaatioriippuvuuksia moduulien välille
• Asynkronisessa kommunikoinnissa palvelun käyttäjä
  on löyhemmin sidottu palvelun tarjoajaan
• Eräs asynkronisen kommunikoinnin muoto on
  tapahtumaperustainen kommunikointi
• voidaan toteuttaa esimerkiksi Observer-suunnittelu
  mallin avulla Gamma et al., 1995
• Javassa valmis tuki rajapinnalla
  java.util.Observer ja kantaluokalla
  java.util.Observable

13
Tapahtumankäsittelyn toteutus

• Tapahtuman lähettäjä (event originator,
  publisher)
• luo tyypillisesti tapahtumaolion (event object),
  joka kuvaa tapahtumaan liittyvää informaatiota
  (esim. ButtonEvent mikä painike)
• Tapahtuman käsittelijät (event listener,
  observer, subscriber)
• ovat aiemmin ilmoittautuneet halukkaiksi tulemaan
  informoiduksi kyseisenlaisista tapahtumista
• tapahtumaolio välitetään niille kaikille
  käsiteltäväksi sopivasti
• Laajoissa järjestelmissä voi olla erillinen
  rekisteröijä (registrator object), jolle
• tapahtuman käsittelijät ilmoittautuvat ja joka
• huolehtii lähettäjien ja käsittelijöiden
  välisestä kättelystä

14
Tapahtumankäsittelyn aiheuttamat riippuvuudet

• Tapahtuman lähettäjä ei tiedä (eikä haluakaan
  tietää), kuinka käsittelijä tulee tapahtumaan
  reagoimaan
• lähettäjä riippuu käsittelijästä vain hyvin
  löyhästi
• käytännössä se yleensä tuntee vain joukon tietyn
  kuuntelijarajapinnan toteuttavia olioita
• Käsittelijän ja lähettäjän välinen kättely
  aiheuttaa vahvemman riippuvuuden
• jos käytetään erillistä rekisteröijäoliota, se
  riippuu sekä tapahtuman lähettäjästä että
  käsittelijästä
• jos käsittelijä rekisteröityy suoraan
  lähettäjälle, se riippuu lähettäjästä
• rajapintojen käytöllä voidaan löyhentää
  riippuvuuksia

15
Kuuntelijarajapinnan käyttäminen
tapahtumankäsittelyssä
layer control
layer
presentation
15/26
16
Iteraattori

• Iteraattorilla erotellaan oliokokoelman sisäinen
  rakenne ja kokoelman läpikäymisen logiikka
  toisistaan
• Käyttö hyvin yksinkertaista
• ListltRadiogt radios new ArrayListltRadiogt()
• .
• for(Radio r radios)
• print ( r )
• Iterointirajapinnan tarjoaminen ns.
  asiakaspalvelua

17
Operaatiorunko (template method)

• Määritellään operaatiolle yleinen runko,
  yksityiskohdat vaihtelevat olioverkon
  konfiguraation mukaan

18
Operaatiorunko checkFrequency()

• protected boolean checkFrequency(int frequency)
• int nextStep 0
• while(nextStep lt 1000)
• if(!checkFrequency(frequency, nextStep))
  
• return false
• nextStep 25
• return true
• checkFrequency(int, int) antaa variaatiopisteen
  operaatiorungolle

19
Vastuuketju (chain of responsibility)

• Erotetaan palvelupyynnön lähettäjä palvelun
  toteuttajasta antamalla useammalle oliolle
  mahdollisuus huolehtia palvelun toteutuksesta
• Toteuttaja delegoi palvelupyynnön ketjussa
  seuraavalle, jos se ei itse pysty toteuttamaan
  palvelua (kokonaan)

20
Radiotarkistuksen vastuketju

• public boolean check()
• for(Radio radio radios)
• if(!radio.check())
• return false
• return true

21
Rakennemallit

• Rakennemallit käsittelevät tapoja järjestää
  luokka- ja oliorakenteita
• Esim. sovitin (adapter), hiutale (flyweight),
  edustaja (proxy), silta (bridge), rekursiokooste
  (composition),

22
Sovitin

• Olemassaolevaa luokkarakennetta
  uudelleenkäytettäessä rajapinnat eivät aina ole
  yhteensopivia
• Sovitin-mallilla rajapintojen väliin
  sijoitetaan.. sovitin

23
Hiutale (flyweight)

• Hiutale-mallilla yhdistetään samanlaisia tai
  samankaltaisia olioita muistin säästämiseksi
• Esim. tekstinkäsittelyjärjestelmässä jokainen
  yksittäinen kirjain
• Sivuvaikutuksena samankaltaiset oliot voivat myös
  toimia kommunikaatioyhteyksinä

24
Frequency-flyweight

• public static Frequency getFrequency(double d)
• Frequency f frequencyCache.get(d)
• if(f null)
• f new MockFrequency(d)
• frequencyCache.put(d, f)
• return f

25
Yhteenvetona

• Nyt läpikäytiin vain muutamia yleisesti
  esiintyviä suunnittelumalleja, hyvin yleisellä
  tasolla
• Mallien käyttö on monesti eri mallien koostamista
  ja yhteensovittamista
• Esim. Flyweight Factory method