Что такое Паттерн?

Паттерн проектирования - это часто встречающееся решение определённой проблемы при проектировании архитектуры программ.

В отличие от готовых функций или библиотек, паттерн нельзя просто взять и скопировать в программу. Паттерн представляет собой не какой-то конкретный код, а общую концепцию решения той или иной проблемы, которую нужно будет ещё подстроить под нужды вашей программы.

Паттерны часто путают с алгоритмами, ведь оба понятия описывают типовые решения каких-то известных проблем. Но если алгоритм - это чёткий набор действий, то паттерн - это высокоуровневое описание решения, реализация которого может отличаться в двух разных программах.

Если привести аналогии, то алгоритм - это кулинарный рецепт с чёткими шагами, а паттерн - инженерный чертёж, на котором нарисовано решение, но не конкретные шаги его реализации.

- Из чего состоит паттерн?

Описания паттернов обычно очень формальны и чаще всего состоят из таких пунктов:

  • проблема, которую решает паттерн;
  • мотивации к решению проблемы способом, который предлагает паттерн;
  • структуры классов, составляющих решение;
  • примера на одном из языков программирования;
  • особенностей реализации в различных контекстах;
  • связей с другими паттернами.

Такой формализм в описании позволил создать обширный каталог паттернов, проверив каждый из них на состоятельность.

История паттернов

Кто придумал паттерны? Это хороший, но не совсем корректный вопрос, так как паттерны не придумывают, а, скорее, "открывают". Это не какие-то супер-оригинальные решения, а наоборот, часто встречающиеся, типовые решения одной и той же проблемы.

Концепцию паттернов впервые описал Кристофер Александер в книге "Язык шаблонов. Города. Здания. Строительство". В книге описан "язык" для проектирования окружающей среды, единицы которого - шаблоны (или паттерны, что ближе к оригинальному термину patterns) - отвечают на архитектурные вопросы: какой высоты сделать окна, сколько этажей должно быть в здании, какую площадь в микрорайоне отвести под деревья и газоны.

Идея показалась заманчивой четвёрке авторов: Эриху Гамме, Ричарду Хелму, Ральфу Джонсону, Джону Влиссидесу. В 1994 году они написали книгу "Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования", в которую вошли 23 паттерна, решающие различные проблемы объектно-ориентированного дизайна. Название книги было слишком длинным, чтобы кто-то смог всерьёз его запомнить. Поэтому вскоре все стали называть её "book by the gang of four", то есть "книга от банды четырёх", а затем и вовсе "GoF book".

С тех пор были найдены десятки других объектных паттернов. "Паттерновый" подход стал популярен и в других областях программирования, поэтому сейчас можно встретить всевозможные паттерны и за пределами объектного проектирования.

Зачем знать паттерны?

Вы можете вполне успешно работать, не зная ни одного паттерна. Более того, вы могли уже не раз реализовать какой-то из паттернов, даже не подозревая об этом.

Но осознанное владение инструментом как раз и отличает профессионала от любителя. Вы можете забить гвоздь молотком, а можете и дрелью, если сильно постараетесь. Но профессионал знает, что главная фишка дрели совсем не в этом. Итак, зачем же знать паттерны?

  • Проверенные решения. Вы тратите меньше времени, используя готовые решения, вместо повторного изобретения велосипеда. До некоторых решений вы смогли бы додуматься и сами, но многие могут быть для вас открытием.
  • Стандартизация кода. Вы делаете меньше просчётов при проектировании, используя типовые унифицированные решения, так как все скрытые проблемы в них уже давно найдены.
  • Общий программистский словарь. Вы произносите название паттерна, вместо того, чтобы час объяснять другим программистам, какой крутой дизайн вы придумали и какие классы для этого нужны.

Критика паттернов

Паттерны были описаны более 20-ти лет назад, поэтому только ленивый не успел бросить в них камень. Давайте рассмотрим самую популярную критику.

- Костыли для слабого языка программирования

Нужда в паттернах появляется тогда, когда люди выбирают для своего проекта язык программирования с недостаточным уровнем абстракции. В этом случае, паттерны - это костыль, который придаёт этому языку суперспособности. Например, паттерн Стратегия в современных языках можно реализовать простой анонимной (лямбда) функцией.

- Неэффективные решения

Паттерны пытаются стандартизировать подходы, которые и так уже широко используются. Эта стандартизация кажется некоторым людям догмой и они реализуют паттерны "как в книжке", не приспосабливая паттерны к реалиям проекта.

- Неоправданное применение

Если у тебя в руках молоток, то все предметы вокруг начинают напоминать гвозди.

Похожая проблема возникает у новичков, которые только-только познакомились с паттернами. Вникнув в паттерны, человек пытается применить свои знания везде. Даже там, где можно было бы обойтись кодом попроще.

Классификация паттернов

Паттерны отличаются по уровню сложности, детализации и охвата проектируемой системы. Проводя аналогию со строительством, вы можете повысить безопасность перекрёстка, поставив светофор, а можете заменить перекрёсток целой автомобильной развязкой с подземными переходами.

Самые низкоуровневые и простые паттерны - идиомы. Они не универсальны, поскольку применимы только в рамках одного языка программирования.

Самые универсальные - архитектурные паттерны, которые можно реализовать практически на любом языке. Они нужны для проектирования всей программы, а не отдельных её элементов.

Кроме того, паттерны отличаются и предназначением. Три основные группы паттернов:

  • Порождающие паттерны - беспокоятся о гибком создании объектов без внесения в программу лишних зависимостей.
  • Структурные паттерны - показывают различные способы построения связей между объектами.
  • Поведенческие паттерны - заботятся об эффективной коммуникации между объектами.