Шаблоны проектирования grasp. GRASP паттерны проектирования

2 мая 2010 в 16:34

GRASP паттерны проектирования

• Совершенный код

Известно понятие внешнего контроллера (Front Controller), который представляет всю систему в целом (агрегирует весь функционал системы в одном классе).

Примером контроллера является класс Administrator, реализующий вариант использования системы администратором из отдела комплектации рейсов.

Использование контроллеров позволяет отделить логику от представления, тем самым повышая возможность повторного использования кода.

Полиморфизм (Polymorphism)

Шаблон полиморфизм позволяет обрабатывать альтернативные варианты поведения на основе типа. При этом, альтернативные реализации приводятся к обобщенному интерфейсу.

Рассмотрим интеграцию системы с внешними компонентами расчета тарифов на перевозку груза. Классы LocalTarificator и WorldWideTarificator являются адаптерами к соответствующим внешним компонентам.

Применение шаблона полиморфизм позволяет в будущем легко модифицировать систему.

Чистая выдумка (Pure Fabrication)

Существует понятие модели программирования по предметной области, согласно которой, каждой сущности из предметной области соответствует один или более классов программной среды. При этом, обязанности взаимодействия сущностей, как правило накладываются на них самих. Такой подход имеет очевидный недостаток - высокая связность модулей системы. Шаблон чистая выдумка позволяет решить данную проблему, путем введения в программную среду дополнительного класса (не отражающего реальной сущности из предметной области) и наделение его требуемыми обязанностями.

Например, обязанности по сохранению информации о клиентах судоходной компании можно назначить выдуманному классу ClientsSaver.

Применение шаблона чистая выдумка позволяет дизайну системы соответствовать принципам низкой связности и высокого зацепления.

Перенаправление (Indirection)

Шаблон перенаправление реализует низкую связность между классами, путем назначения обязанностей по их взаимодействию дополнительному объекту - посреднику.

Примером данного шаблона может служить класс ClientsSaver (см. Чистая выдумка), который является промежуточным слоем между сущностями клиентов и хранилищем, в котором они будут сохранены. Кроме того, контроллер из триады MVC является посредником между данными их их представлением.

Шаблоны проектирования GRASP

GRASP (англ. General Responsibility Assignment Software Patterns (общие образцы распределения обязанностей)) - паттерны, используемые в объектно-ориентированном проектировании для решения общих задач по назначению обязанностей классам и объектам .

В книге Крейга Лармана «Применение UML и шаблонов проектирования» описано 9 таких образцов. Каждый из них помогает решить некоторую проблему, возникающую при объектно-ориентированном анализе, и которая возникает практически в любом проекте по разработке программного обеспечения. Таким образом, GRASP-паттерны - это хорошо документированные, стандартизированные и проверенные временем принципы объектно-ориентированного анализа, а не попытка привнести что-то принципиально новое.

Каталог паттернов

Ниже следует краткая характеристика девяти известных паттернов.

Information Expert (Информационный эксперт)

Шаблон Information Expert определяет базовый принцип назначения обязанностей. Он утверждает, что обязанности должны быть назначены объекту, который владеет максимумом необходимой информации для выполнения обязанности. Такой объект называется информационным экспертом . Возможно, этот шаблон является самым очевидным из девяти, но вместе с тем и самым важным.

Если дизайн не удовлетворяет этому принципу, то при программировании получается спагетти-код , в котором очень трудно разбираться. Локализация обязанностей позволяет повысить уровень инкапсуляции и уменьшить уровень связанности . Кроме читабельности кода повышается уровень готовности компонент к повторному использованию.

Creator (Производитель)

Паттерн Creator решает, кто должен создавать объект. Фактически, это применение шаблона Information Expert к проблеме создания объектов. Более конкретно, нужно назначить классу B обязанность создавать экземпляры класса A, если выполняется как можно больше из следующих условий:

• Класс B содержит (contains) или агрегирует (aggregate) объекты A.
• Класс B записывает (records) экземпляры объектов A.
• Класс B активно использует (closely uses) объекты A
• Класс B обладает данными инициализации (has the initializing data) для объектов A.

Альтернативой производителю является образец Фабрика . В этом случае создание объектов концентрируется в отдельном классе.

Controller (Контроллер)

Контроллер берёт на себя ответственность за выполнение операций, приходящих от пользователя и часто выполняет сценарий одного или нескольких вариантов использования (например, один контроллер может обрабатывать сценарии создания и удаления пользователя). Как правило, контроллер не выполняет работу самостоятельно, а делегирует обязанности компетентным объектам.

Иногда класс-контроллер представляет всю систему в целом, корневой объект, устройство или важную подсистему (внешний контроллер ).

Low Coupling (Слабая связанность)

Low Coupling - это оценочный образец (или принцип), который устанавливает следующие свойства:

• малое число зависимостей между классами (подсистемами)
• слабая зависимость одного класса (подсистемы) от изменений в другом классе (подсистеме)
• высокая степень повторного использования подсистем

High Cohesion (Сильное сцепление)

High Cohesion - это также оценочный образец (или принцип), который, в отличие от предыдущего, задаёт свойство сильного сцепления внутри подсистем (поэтому никакого противоречия с предыдущим паттерном нет - наоборот, они дополняют друг друга). Классы (подсистемы) таким образом получаются сфокусированными, управляемыми и понятными.

Слабая связность подсистемы означает, что она выполняет несколько разных обязанностей. Такой код трудно поддерживать и повторно использовать. Поэтому рекомендуется разбивать перегруженные обязанностями подсистемы на несколько сильно сцепленных.

Polymorphism (Полиморфизм)

Полиморфизм позволяет обрабатывать альтернативные варианты поведения на основе типа и заменять подключаемые компоненты системы. Обязанности распределяются для различных вариантов поведения с помощью полиморфных операций для этого класса. Все альтернативные реализации приводятся к общему интерфейсу.

Пример: Интеграция разрабатываемой системы с различными внешними системами учета налогов. Используются локальные программные объекты, обеспечивающие адаптацию (Адаптеры), при отправке сообщения к такому объекту выполняется обращение к внешней системе с использованием ее собственного программного интерфейса. Использование полиморфизма здесь оправдано для возможной адаптации к различным внешним системам.

Pure Fabrication (Чистая выдумка)

Чистая выдумка - это класс, не отражающий никакого реального объекта предметной области, но специально придуманный для усиления связности, ослабления связанности или увеличения степени повторного использования. Pure Fabrication отражает концепцию сервисов в модели Программирование от предметной области.

Indirection (Посредник)

Образец Indirection поддерживает слабую связанность (и возможность повторного использования) путём назначения обязанностей посредника между ними промежуточному объекту. Пример: образец

Protected Variations (Сокрытие реализации)

Образец Protected Variations защищает элементы от изменения других элементов (объектов или подсистем) с помощью вынесения взаимодействия в фиксированный

Про принципы SOLID в сети есть много информации. В каких-то местах – она заумная до ужаса, в каких-то – описано понятным человеческим языком. Почему-то, в последнее время я не могу терпеть слишком заумных объяснений. На поверку дня убеждаюсь, что человек, который действительно знает о чем говорит, всегда может объяснить вещи “человеческим” или более понятным языком, чем принято в кандидатских работах.
Но про принципы GRASP написано немного, а многое из того что написано – отравляет понимание своей заумностью. Конечно вопрос не из простых. Но и сложность тоже не космическая.
Итак, пункт первый – зачем эти принципы?
Объектно-ориентированное программирование (ООП) – я бы сказал, что это набор основных концепций (абстракция, инкапсуляция, наследование, полиморфизм), конструкций (классы, методы) и принципов. ООП – это модель, обобщенная модель части предметной или объектной области для программирования окружающего. Это программирование по обобщенной модели, выражение объектной модели в терминах языка программирования. И модель эта, как и любая другая модель, - осознано ограничена.
Так вот, громадной частью ООП является набор принципов. И тут вроде бы все ясно. Только вот принципов много. И разные авторы выделяют как основные иногда схожие, а иногда и разные принципы, и что удивительно – все правильные.
Моделировать – не сложно. Только проблема в том что мы все таки имеем дело с моделью. А когда объекты (сущности) уже созданы, тогда вступает в игру именно программирование и проектирование. Объекты должны взаимодействовать и при этом модель должна быть гибкой и простой. Вот тут нам и помогают принципы.
GRASP – это набор принципов по версии такого эксперта как Крэг Ларман , который написал о них в своей книге - Applying UML and Patterns: An Introduction to Object-Oriented Analysis and Design and Iterative Development

Кстати, книга есть в переводе на русский . Книга как и книга GoF(Gang of four) заняла свое место в истории и соответственно принципы GRASP, которым посвящена малая часть книги тоже.
Возможно, они не так популярны как скажем принципы SOLID, скорее всего, мне кажется, потому что они определенны более обобщенными. Эти принципы более абстрактные чем шаблоны GoF или SOLID.
Итак принципы GRASP, точнее сказать не принципы, а шаблоны в оригинале. General Responsibility Assignment Software Patterns – это можно перевести так – паттерны распределения ответственности. Суть в том, что это не строгие паттерны как у GoF, это скорее тот смысл, которым мы наделяем объекты. Так что принципы распределения общей ответственности подходит больше чем паттерны. И поэтому название статьи не шаблоны GRASP как было бы идеологически верно, а все таки принципы GRASP.
GRASP выделяет следующие принципы-шаблоны:

• Information Expert (Информационные эксперт)
• Creator (Создатель)
• Controller (Контроллер)
• Low Coupling (Слабая связанность)
• High Cohesion (Высокая сцепленность)
• Pure Fabrication (Чистая выдумка или чистое синтезирование)
• Indirection (Посредник)
• Protected Variations (Сокрытие реализации или защищенные изменения)
• Polymorphism(Полиморфизм)

Теперь давайте рассмотрим каждый из них по порядку.
Information Expert
Информационный эксперт или просто эксперт – это скорее ответственность. Экспертом может быть любой класс. Тут даже дело не в проектировании, а в осведомленности. Зачем нам нужен информационный эксперт? Затем, что если объект владеет всей нужной информацией для какой-то операции или функционала, то значить и этот объект будет выполнять либо делегировать выполнение этой операции.
Итак рассмотрим пример. Есть некая система продаж. И есть класс Sale (продажа). Нам необходимо посчитать общую сумму продаж. Тогда кто будет считать общую сумму по продажам? Конечно же класс – Sales, потому что именно он обладает всей информацией необходимой для этого.
Creator
Creator или Создатель – суть ответственности такого объекта в том, что он создает другие объекты. Сразу напрашивается аналогия с фабриками. Так оно и есть. Фабрики тоже имеют именно ответственность – Создатель.
Но есть ряд моментов, которые должны выполнятся, когда мы наделяем объект ответственность создатель:
1. Создатель содержит или агрегирует создаваемые объекты
2. Создатель использует создаваемые объекты
3. Создатель знает как проинициализировать создаваемый объект
4. Создатель записывает создаваемые объекты (эту штуку я до конце не понял на самом деле)
Controller
Уже где-то слышали, не правда ли? Controller или Контролер – это объект-прослойка между UI логикой и предметной (бизнес) логикой приложения. Создаем контроллер так чтобы все вызовы от UI перенаправлялись именно ему и соответственно все данные UI тоже получает через него.
Напоминает MVC, MVP? Так и есть. Это по сути Presenter из MVP и контроллер из MVC. Разница между MVC и MVP есть, но это касается только направлений вызовов, ну и это тему естественно другой беседы.
Итак, котроллер отвечает на такой вопрос: “Как UI должен взаимодействовать с доменной логикой приложения?” или просто “Как взаимодействовать с системой?”. Это чем то напоминает фасад. Фасад тоже предоставляет облегченный доступ к целой подсистеме объектов. Так и тут контроллер для UI своего рода фасад которые предоставляет доступ к целой подсистеме бизнес логики.
Low Coupling
Тоже известная штука. Low Coupling или Слабая связанность. Если объекты в приложении сильно связанны то любой изменение приводит к изменениям во всех связанных объектах. А это неудобно и порождает баги. Вот по-этому везде пишут что необходимо чтобы код был слабо связан и зависел от абстракций.
Например если наш класс Sale реализует интерфейс ISale и другие объекты зависят именно от ISale, т.е. от абстракции, то когда мы захотим внести изменения касательно Sale – нам нужно будет всего лишь подменить реализацию.
Low Coupling встречается и в SOLID принципах в виде – Dependency Injection. Сейчас можно часто услышать такой принцип. Но суть остается прежней: “Программируйте на основе абстракций (интерфейс, абстрактный класс и т.п.), а не реализаций ”.
High Cohesion
High Cohesionили высокая сцепленность – это соотносится к слабой связанности, они идут в паре и одно всегда приводит к другому. Это как инь и янь, всегда вместе. Дело в том что наши классы когда мы их задумываем имеют какую-то одну ответственность (Single resposibility principle), например Sale(продажа) обладает всеми ответственностями которые касаются продаж, например как мы уже говорили вычисление общей суммы – Total. Но давайте представим что мы совершили оплошность и привнесли в Sale еще такую ответственность как Payment (платеж). Что получится? Получится что одни члены класса которые касаются Sale буду между собой достаточно тесно связанны, и также членные класса которые оперируют с Payment между собой будут тесно связаны, но в целом сцепленность класса SaleAndPayment будет низкой, так как по сути мы имеем дело с двумя обособленными частями в одном целом. И резонно будет провести рефакторинг и разделить класс SaleAndPayment на Sale и Payment, которые внутри будут тесно связанны или по другому сцеплены.
Так что высокая сцепленность это как мера того что мы не нарушаем single resposibility principle. Вернее сказать, выскоая сцепленность получается в результате соблюдения такого приципа из SOLID как single resposibility principle (SRP).
Основной вопрос на который дает ответ высокая сцепленность – “Как поддерживать объекты сфокусированными на одной ответственности, понятными, управляемыми и как побочный эффект иметь слабо связанный код?”. Их разделять. Подробнее это описано в 17 главе книги Лармана.
Pure Fabrication
Pure Fabrication или чистая выдумка или чистое синтезирование. Суть в выдуманном объекте. Такой себе принцип-хак. Но без него никак. Аналогом может быть шаблон Service(сервис) в парадигме DDD.
Иногда, сталкиваемся с таким вопросом: “Какой объект наделить ответственностью, но принципы информационный эксперт, высокая сцепленность не выполняются или не подходят?”. Использовать синтетический класс который обеспечивает высокую сцепленность. Тут без примера точно не разобраться.
Итак – ситуация. Какой класс должен сохранять наш объект Sale в базу данных? Если подчиняется принципу “информационный эксперт”, то Sale, но наделив его такой ответственностью мы получаем слабую сцепленность внутри него. Тогда можно найти выход, создав синтетическую сущность – SaleDao или SaleRepository, которая будет сильно сцеплена внутри и будет иметь единую ответственность – сохранять Sale в базу.
Так как мы выдумали этот объект а не спроектировали с предметной области, то и он подчиняется принципу “чистая выдумка”.
Indirection
Indirection или посредник. Можно столкнутся с таким вопросом: “Как определить ответственность объекта и избежать сильной связанности между объектами, даже если один класс нуждается в функционале (сервисах), который предоставляет другой класс?” Необходимо наделить ответственностью объект посредник.
Например возвратимся опять же MVC. UI логике на самом деле нужен не контроллер, а модель, доменная логика. Но мы не хотим? чтобы UI логика была сильно связанна с моделью, и возможно в UI мы хотим получать данные и работать с разной предметной логикой. А связывать UI слой с бизнес логикой было бы глупо, потому что получим код который будет сложный для изменений и поддержки. Выход – вводим контроллер как посредника между View и Model.
Так что распределяйте ответственности своим объектам ответственно (с умом).
Protected Variations
Protected Variations или сокрытие реализации или защищенные изменения. Как спроектировать объекты, чтобы изменения в объекте или объекта не затрагивали других? Как избежать ситуации когда меняя код объекта придется вносить изменения в множество других объектов системы?
Кажется мы такое обсуждали уже. И пришли к выводу что нужно использовать low coupling или dependency injection. Именно! Но суть в принципа немного в другом. Суть в том чтобы определить “точки изменений” и зафиксировать их в абстракции (интерфейсе). “Точки изменений” – не что иное как наши объекты, которые могут меняться.
То есть суть в принципа, чтобы определить места в системе, где поведение может изменится и выделить абстракцию, на основе которой и будет происходить дальнейшее программирование с использованием этого объекта.
Все это делается для того чтобы обеспечить устойчивость интерфейса. Если будет много изменений связанных с объектов, он, в таком ключе, считается не устойчивым и тогда нужно выносить его в абстракцию от которой будем зависеть, либо распределять обязанности и ответственность в код иным образом
Polymorphism
Polymorphismили полиморфизм. Тоже знакомо, не так ли? Так вот это об том же полиморфизме , который мы знаем из ООП. Если заметить то достаточно много паттернов GoF, да и вообще паттернов, построено на полиморфизме. Что он дает?Он дает возможность трактовать однообразно разные объекты с одинаковым интерфейсом (спецификацией). Давайте вспомним такие паттерны как Strategy, Chain of Resposibility, Command… – их много. И все по своей суть основываются на полиморфизме.
Полиморфизм решает проблему обработки альтернативных вариантов поведения на основе типа. Тут яркий пример это шаблон GoF – Strategy (Стратегия).
Например, для реализации гибкого функционала для шифрования можно определить интерфейс IEncryptionAlgorithm с методом Encrypt, и объект создатель, который вернет IEncryptionAlgorithm, создав внутри себя актуальную реализацию этого интерфейса.
Явно или неясно, пользуясь другими принципами или шаблонами – мы тоже часто используем принципы или шаблоны GRASP при разработке и проектировании. Многие принципы пересекаются, просто возможно разные авторы по разному смещают акценты, но на удивление все принципы и шаблоны верны – и SOLID, и GRASP и классические GoF паттерны и многие другие. И все их следует использовать с умом и балансировать ними применяя совместно с какими-то хаками под свою систему, что позволяет разрабатывать действительно красивые, устойчивые и гибкие архитектуры и приложения.
Принципы GRASP хоть и упоминаются реже других все же занимают свое место и играют важную роль именно в распределении обязанностей между объектами и заставляют нас думать еще и в таком ключе, а не просто подгонять шаблоны как кирпичи разной формы чтобы выстроить пазл архитектуры.
Принципы GRASP не создают четкую структуру, которой мы должны следовать в коде. Это больше распределение ролей и ответственностей между объектами, а также свойства, которыми эти объекты должны обладать для того чтобы исполнять свои роли.

Известно понятие внешнего контроллера (Front Controller), который представляет всю систему в целом (агрегирует весь функционал системы в одном классе).

Примером контроллера является класс Administrator, реализующий вариант использования системы администратором из отдела комплектации рейсов.

Использование контроллеров позволяет отделить логику от представления, тем самым повышая возможность повторного использования кода.

Полиморфизм (Polymorphism)

Шаблон полиморфизм позволяет обрабатывать альтернативные варианты поведения на основе типа. При этом, альтернативные реализации приводятся к обобщенному интерфейсу.

Рассмотрим интеграцию системы с внешними компонентами расчета тарифов на перевозку груза. Классы LocalTarificator и WorldWideTarificator являются адаптерами к соответствующим внешним компонентам.

Применение шаблона полиморфизм позволяет в будущем легко модифицировать систему.

Чистая выдумка (Pure Fabrication)

Существует понятие модели программирования по предметной области, согласно которой, каждой сущности из предметной области соответствует один или более классов программной среды. При этом, обязанности взаимодействия сущностей, как правило накладываются на них самих. Такой подход имеет очевидный недостаток - высокая связность модулей системы. Шаблон чистая выдумка позволяет решить данную проблему, путем введения в программную среду дополнительного класса (не отражающего реальной сущности из предметной области) и наделение его требуемыми обязанностями.

Например, обязанности по сохранению информации о клиентах судоходной компании можно назначить выдуманному классу ClientsSaver.

Применение шаблона чистая выдумка позволяет дизайну системы соответствовать принципам низкой связности и высокого зацепления.

Перенаправление (Indirection)

Шаблон перенаправление реализует низкую связность между классами, путем назначения обязанностей по их взаимодействию дополнительному объекту - посреднику.

Примером данного шаблона может служить класс ClientsSaver (см. Чистая выдумка), который является промежуточным слоем между сущностями клиентов и хранилищем, в котором они будут сохранены. Кроме того, контроллер из триады MVC является посредником между данными их их представлением.