Patrón de diseño de software


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En ingeniería de software , un patrón de diseño de software es una solución general y reutilizable para un problema que ocurre comúnmente dentro de un contexto dado en el diseño de software . No es un diseño terminado que pueda transformarse directamente en código fuente o máquina . Más bien, es una descripción o plantilla de cómo resolver un problema que se puede utilizar en muchas situaciones diferentes. Los patrones de diseño son las mejores prácticas formalizadas que el programador puede utilizar para resolver problemas comunes al diseñar una aplicación o un sistema.

Los patrones de diseño orientados a objetos suelen mostrar relaciones e interacciones entre clases u objetos , sin especificar las clases u objetos finales de la aplicación que están involucrados. Los patrones que implican un estado mutable pueden no ser adecuados para lenguajes de programación funcionales . Algunos patrones pueden volverse innecesarios en lenguajes que tienen soporte incorporado para resolver el problema que están tratando de resolver, y los patrones orientados a objetos no son necesariamente adecuados para lenguajes no orientados a objetos.

Los patrones de diseño pueden verse como un enfoque estructurado a la programación de computadoras intermedio entre los niveles de un paradigma de programación y un algoritmo concreto .

En un estudio de revisión de 2020, Wedyan y Abufakher investigan los patrones de diseño y la calidad del software y concluyen: "Nuestro estudio ha demostrado que los estudios primarios proporcionan una evidencia empírica sobre el efecto positivo de la documentación de instancias de patrones de diseño en la comprensión del programa y, por lo tanto, en la mantenibilidad. Si bien este resultado no es sorprendente, tiene, sin embargo, dos indicaciones. En primer lugar, los desarrolladores deberían esforzarse más para agregar dicha documentación, aunque sea en forma de comentarios simples en el código fuente. En segundo lugar, al comparar los resultados de diferentes estudios, el debe tenerse en cuenta el efecto de la documentación ". [1]

Historia

Los patrones se originaron como un concepto arquitectónico por Christopher Alexander ya en 1977 (cf. "The Pattern of Streets", REVISTA DE LA AIP, septiembre de 1977, Vol. 32, No. 3, pp. 273-278). En 1987, Kent Beck y Ward Cunningham comenzaron a experimentar con la idea de aplicar patrones a la programación, específicamente lenguajes de patrones , y presentaron sus resultados en la conferencia OOPSLA de ese año. [2] [3] En los años siguientes, Beck, Cunningham y otros siguieron con este trabajo.

Los patrones de diseño ganaron popularidad en la informática después de que el libro Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software fuera publicado en 1994 por la llamada "Gang of Four" (Gamma et al.), Que con frecuencia se abrevia como "GoF". Ese mismo año, se llevó a cabo la primera Conferencia de lenguajes de programación de patrones , y al año siguiente se creó el repositorio de patrones de Portland para la documentación de patrones de diseño. El alcance del término sigue siendo motivo de controversia. Los libros notables en el género de patrones de diseño incluyen:

  • Gamma, Erich ; Helm, Richard ; Johnson, Ralph ; Vlissides, John (1995). Patrones de diseño: elementos de software orientado a objetos reutilizable . Addison-Wesley . ISBN 978-0-201-63361-0.
  • Brinch Hansen, Per (1995). Estudios en Ciencias Computacionales: Paradigmas de Programación Paralela . Prentice Hall. ISBN 978-0-13-439324-7.
  • Buschmann, Frank ; Meunier, Regine; Rohnert, Hans; Sommerlad, Peter (1996). Arquitectura de software orientada a patrones, volumen 1: un sistema de patrones . John Wiley e hijos. ISBN 978-0-471-95869-7.
  • Beck, Kent (1997). Patrones de mejores prácticas de Smalltalk . Prentice Hall. ISBN 978-0134769042.
  • Schmidt, Douglas C .; Stal, Michael; Rohnert, Hans; Buschmann, Frank (2000). Arquitectura de software orientada a patrones, volumen 2: patrones para objetos simultáneos y en red . John Wiley e hijos. ISBN 978-0-471-60695-6.
  • Fowler, Martin (2002). Patrones de arquitectura de aplicaciones empresariales . Addison-Wesley . ISBN 978-0-321-12742-6.
  • Hohpe, Gregor; Woolf, Bobby (2003). Patrones de integración empresarial: diseño, creación e implementación de soluciones de mensajería . Addison-Wesley . ISBN 978-0-321-20068-6.
  • Freeman, Eric T .; Robson, Elisabeth; Bates, Bert; Sierra, Kathy (2004). Patrones de diseño de Head First . O'Reilly Media . ISBN 978-0-596-00712-6.

Aunque los patrones de diseño se han aplicado prácticamente durante mucho tiempo, la formalización del concepto de patrones de diseño languideció durante varios años. [4]

Práctica

Los patrones de diseño pueden acelerar el proceso de desarrollo al proporcionar paradigmas de desarrollo probados y comprobados. [5] El diseño de software eficaz requiere considerar problemas que pueden no ser visibles hasta más adelante en la implementación. El código recién escrito a menudo puede tener problemas sutiles ocultos que tardan en detectarse, problemas que a veces pueden causar problemas importantes en el futuro. La reutilización de patrones de diseño ayuda a prevenir estos problemas sutiles, [6] y también mejora la legibilidad del código para los codificadores y arquitectos que están familiarizados con los patrones.

Para lograr flexibilidad, los patrones de diseño suelen introducir niveles adicionales de direccionamiento indirecto , que en algunos casos pueden complicar los diseños resultantes y perjudicar el rendimiento de la aplicación.

Por definición, un patrón debe programarse de nuevo en cada aplicación que lo utilice. Dado que algunos autores ven esto como un paso atrás de la reutilización de software proporcionada por los componentes , los investigadores han trabajado para convertir patrones en componentes. Meyer y Arnout pudieron proporcionar una componenteización total o parcial de dos tercios de los patrones que intentaron. [7]

Las técnicas de diseño de software son difíciles de aplicar a una gama más amplia de problemas. [ cita requerida ] Los patrones de diseño brindan soluciones generales, documentadas en un formato que no requiere detalles específicos vinculados a un problema en particular.

Estructura

Los patrones de diseño se componen de varias secciones (ver § Documentación a continuación). De particular interés son las secciones Estructura, Participantes y Colaboración. Estas secciones describen un motivo de diseño : una microarquitectura prototípica que los desarrolladores copian y adaptan a sus diseños particulares para resolver el problema recurrente descrito por el patrón de diseño. Una microarquitectura es un conjunto de componentes del programa (por ejemplo, clases, métodos ...) y sus relaciones. Los desarrolladores utilizan el patrón de diseño al introducir en sus diseños esta microarquitectura prototípica, lo que significa que las microarquitecturas en sus diseños tendrán una estructura y organización similar al motivo de diseño elegido.

Patrones específicos de dominio

También se han realizado esfuerzos para codificar patrones de diseño en dominios particulares, incluido el uso de patrones de diseño existentes, así como patrones de diseño específicos de dominio. Los ejemplos incluyen patrones de diseño de interfaz de usuario , [8] visualización de información , [9] diseño seguro, [10] "usabilidad segura", [11] diseño web [12] y diseño de modelos de negocio. [13]

Las actas de la Conferencia anual sobre lenguajes de programación de patrones [14] incluyen muchos ejemplos de patrones específicos de dominio.

Clasificación y lista

Los patrones de diseño se habían categorizado originalmente en 3 subclasificaciones según el tipo de problema que resuelven. Los patrones de creación brindan la capacidad de crear objetos basados ​​en un criterio requerido y de forma controlada. Los patrones estructurales tratan de organizar diferentes clases y objetos para formar estructuras más grandes y proporcionar nuevas funcionalidades. Finalmente, los patrones de comportamiento tratan de identificar patrones de comunicación comunes entre objetos y darse cuenta de estos patrones.

Patrones de creación

Patrones estructurales

Patrones de comportamiento

Patrones de concurrencia

Documentación

La documentación de un patrón de diseño describe el contexto en el que se usa el patrón, las fuerzas dentro del contexto que el patrón busca resolver y la solución sugerida. [26] No existe un formato estándar único para documentar patrones de diseño. Más bien, los diferentes autores de patrones han utilizado una variedad de formatos diferentes. Sin embargo, según Martin Fowler , ciertas formas de patrones se han vuelto más conocidas que otras y, en consecuencia, se convierten en puntos de partida comunes para nuevos esfuerzos de escritura de patrones. [27] Un ejemplo de un formato de documentación de uso común es el utilizado por Erich Gamma , Richard Helm , Ralph Johnson y John Vlissides.en su libro Design Patterns . Contiene las siguientes secciones:

  • Nombre y clasificación del patrón: un nombre descriptivo y único que ayuda a identificar y hacer referencia al patrón.
  • Intención: una descripción del objetivo detrás del patrón y la razón para usarlo.
  • También conocido como: otros nombres para el patrón.
  • Motivación (Fuerzas): escenario que consta de un problema y un contexto en el que se puede utilizar este patrón.
  • Aplicabilidad: situaciones en las que se puede utilizar este patrón; el contexto del patrón.
  • Estructura: una representación gráfica del patrón. Se pueden utilizar diagramas de clases y diagramas de interacción para este propósito.
  • Participantes: una lista de las clases y objetos usados ​​en el patrón y sus roles en el diseño.
  • Colaboración: una descripción de cómo las clases y los objetos utilizados en el patrón interactúan entre sí.
  • Consecuencias: una descripción de los resultados, los efectos secundarios y las compensaciones causadas por el uso del patrón.
  • Implementación: una descripción de una implementación del patrón; la solución parte del patrón.
  • Código de muestra: una ilustración de cómo se puede utilizar el patrón en un lenguaje de programación.
  • Usos conocidos: ejemplos de usos reales del patrón.
  • Patrones relacionados: otros patrones que tienen alguna relación con el patrón; discusión de las diferencias entre el patrón y patrones similares.

Crítica

Se ha observado que los patrones de diseño pueden ser solo una señal de que faltan algunas características en un lenguaje de programación dado ( Java o C ++, por ejemplo). Peter Norvig demuestra que 16 de los 23 patrones del libro Design Patterns (que se centra principalmente en C ++) se simplifican o eliminan (a través del soporte de lenguaje directo) en Lisp o Dylan . [28] Hannemann y Kiczales hicieron observaciones relacionadas que implementaron varios de los 23 patrones de diseño utilizando un lenguaje de programación orientado a aspectos.(AspectJ) y mostró que las dependencias a nivel de código se eliminaron de las implementaciones de 17 de los 23 patrones de diseño y que la programación orientada a aspectos podría simplificar las implementaciones de patrones de diseño. [29] Véase también el ensayo de Paul Graham "La venganza de los nerds". [30]

El uso inadecuado de patrones puede aumentar innecesariamente la complejidad. [31]

Ver también

  • Principio de abstracción
  • Esqueleto algorítmico
  • Anti-patrón
  • Patrón arquitectónico
  • Patrón de protocolo canónico
  • Patrones de depuración
  • Patrón de diseño
  • Patrones de diseño distribuidos
  • Función de doble oportunidad
  • Marco de arquitectura empresarial
  • GRASP (diseño orientado a objetos)
  • Clase de ayudante
  • Modismo en programación
  • Patrón de diseño de interacción
  • Lista de filosofías de desarrollo de software
  • Lista de temas de ingeniería de software
  • Lenguaje de patrones
  • Teoría de patrones
  • Patrones pedagógicos
  • Repositorio de patrones de Portland
  • Refactorización
  • Metodología de desarrollo de software

Referencias

  1. ^ Wedyan, Fadi; Abufakher, Somia (1 de febrero de 2020). "Impacto de los patrones de diseño en la calidad del software: una revisión sistemática de la literatura" . Software IET . 14 (1): 1-17. doi : 10.1049 / iet-sen.2018.5446 . ISSN 1751-8806 . 
  2. ^ Smith, Reid (octubre de 1987). Panel sobre metodología de diseño . OOPSLA '87 Addendum al Procedimiento. doi : 10.1145 / 62138.62151 . Ward advirtió que no se requiere demasiada programación en lo que él denominó "el alto nivel de magos". Señaló que un "lenguaje de patrones" escrito puede mejorar significativamente la selección y aplicación de abstracciones. Propuso un 'cambio radical en la carga del diseño y la implementación' basando la nueva metodología en una adaptación del trabajo de Christopher Alexander en lenguajes de patrones y que los lenguajes de patrones orientados a la programación desarrollados en Tektronix han ayudado significativamente a sus esfuerzos de desarrollo de software.
  3. ^ Beck, Kent ; Cunningham, Ward (septiembre de 1987). Uso de lenguajes de patrones para programas orientados a objetos . Taller OOPSLA '87 sobre Especificación y Diseño para Programación Orientada a Objetos . Consultado el 26 de mayo de 2006 .
  4. ^ Baroni, Aline Lúcia; Guéhéneuc, Yann-Gaël; Albin-Amiot, Hervé (junio de 2003). "Formalización de Patrones de Diseño". Nantes : École Nationale Supérieure des Techniques Industrielles et des Mines de Nantes. CiteSeerX 10.1.1.62.6466 .  Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  5. ^ Obispo, Judith. "Patrones de diseño de C # 3.0: utilice el poder de C # 3.0 para resolver problemas del mundo real" . Libros de C # de O'Reilly Media . Consultado el 15 de mayo de 2012 . Si desea acelerar el desarrollo de sus aplicaciones .NET, está listo para los patrones de diseño de C #: formas elegantes, aceptadas y comprobadas de abordar problemas de programación comunes.
  6. ^ Tiako, Pierre F. (31 de marzo de 2009). "Modelado formal y especificación de patrones de diseño mediante RTPA". Aplicaciones de software: conceptos, metodologías, herramientas y aplicaciones: conceptos, metodologías, herramientas y aplicaciones . pag. 636. doi : 10.4018 / 978-1-60566-060-8 . ISBN 9781605660615.
  7. ^ Meyer, Bertrand ; Arnout, Karine (julio de 2006). "Componentización: el ejemplo del visitante" (PDF) . Computadora IEEE . 39 (7): 23–30. CiteSeerX 10.1.1.62.6082 . doi : 10.1109 / MC.2006.227 . S2CID 15328522 .   
  8. Laakso, Sari A. (16 de septiembre de 2003). "Colección de patrones de diseño de interfaz de usuario" . Universidad de Helsinki, Departamento de Ciencias de la Computación . Consultado el 31 de enero de 2008 .
  9. ^ Heer, J .; Agrawala, M. (2006). "Patrones de diseño de software para visualización de información" . Transacciones IEEE sobre visualización y gráficos por computadora . 12 (5): 853–60. CiteSeerX 10.1.1.121.4534 . doi : 10.1109 / TVCG.2006.178 . PMID 17080809 . S2CID 11634997 .   
  10. ^ Dougherty, Chad; Sayre, Kirk; Seacord, Robert C .; Svoboda, David; Togashi, Kazuya (2009). Patrones de diseño seguro (PDF) . Instituto de Ingeniería de Software.
  11. ^ Garfinkel, Simson L. (2005). Principios y patrones de diseño para sistemas informáticos que son simultáneamente seguros y utilizables (tesis doctoral).
  12. ^ "Biblioteca de patrones de diseño de Yahoo!" . Archivado desde el original el 29 de febrero de 2008 . Consultado el 31 de enero de 2008 .
  13. ^ "¿Cómo diseñar su modelo de negocio como Lean Startup?" . 2010-01-06 . Consultado el 6 de enero de 2010 .
  14. ^ Lenguajes de programación de patrones, actas de conferencias (anual, 1994-) [1]
  15. ↑ a b c McConnell, Steve (junio de 2004). "Diseño en Construcción". Código completo (2ª ed.). Microsoft Press . pag. 104 . ISBN 978-0-7356-1967-8. Tabla 5.1 Patrones de diseño populares
  16. ↑ a b Fowler, Martin (2002). Patrones de arquitectura de aplicaciones empresariales . Addison-Wesley . ISBN 978-0-321-12742-6.
  17. ^ C. Martin, Robert (2002). "28. Objeto de extensión" . Desarrollo de software ágil, principios, patrones y prácticas . pag. 408 . ISBN 978-0135974445.
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Otras lecturas

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  • Alur, Deepak; Crupi, John; Malks, Dan (mayo de 2003). Patrones centrales de J2EE: mejores prácticas y estrategias de diseño (2ª ed.). Prentice Hall . ISBN 978-0-13-142246-9.
  • Beck, Kent (octubre de 2007). Patrones de implementación . Addison-Wesley . ISBN 978-0-321-41309-3.
  • Beck, Kent ; Crocker, R .; Meszaros, G .; Coplien, JO ; Dominick, L .; Paulisch, F .; Vlissides, J. (marzo de 1996). Actas de la 18ª Conferencia Internacional de Ingeniería de Software . págs. 25-30.
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  • Larman, Craig (2005). Aplicación de patrones y UML . Prentice Hall . ISBN 978-0-13-148906-6.
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  • Marinescu, Floyd (2002). Patrones de diseño de EJB: patrones, procesos y modismos avanzados . John Wiley e hijos . ISBN 978-0-471-20831-0.
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