Patrón de diseño de software

En ingeniería de software , un patrón de diseño describe un aspecto relativamente pequeño y bien definido (es decir, la funcionalidad) de un programa de computadora en términos de cómo escribir el código .

El uso de un patrón tiene como objetivo aprovechar un concepto existente en lugar de reinventarlo . Esto puede disminuir el tiempo para desarrollar software y aumentar la calidad del programa resultante.

En particular, un patrón no consiste en un artefacto de software . La mayoría de los recursos de desarrollo que utiliza un programador implican configurar el código base para usar un artefacto; por ejemplo una biblioteca . Por el contrario, para utilizar un patrón, un programador escribe código como lo describe el patrón. El resultado es único cada vez, aunque se pueda reconocer que se basa en el patrón.

Algunos consideran que el uso de patrones es la mejor práctica para el diseño de software . Algunos consideran el uso de patrones de diseño como un enfoque estructurado para la programación informática .

Conceptualmente, el patrón de diseño puede describirse como más específico que el paradigma de programación y menos específico que el algoritmo .

Historia

Los patrones se originaron como un concepto arquitectónico por Christopher Alexander ya en 1977 (cf. "The Pattern of Streets", JOURNAL OF THE AIP, septiembre de 1966, Vol. 32, No. 5, págs. 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. ^[1]^[2] En los años siguientes, Beck, Cunningham y otros continuaron este trabajo.

Los patrones de diseño ganaron popularidad en la informática después de que la llamada "Banda de los Cuatro" (Gamma et al.) publicara en 1994 el libro Patrones de diseño: elementos de software orientado a objetos reutilizables , que con frecuencia se abrevia como "GoF". Ese mismo año, se celebró la primera Conferencia sobre 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:

Gama, Erich ; Timón, Richard ; Johnson, Ralph ; Vlissides, John (1994). Patrones de diseño: elementos de software reutilizable orientado a objetos . Addison-Wesley . ISBN 978-0-201-63361-0.
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Larman, Craig (2004). Aplicación de UML y patrones (3.ª edición, 1.ª edición 1995) . Pearson. ISBN 978-0131489066.

Aunque los patrones de diseño se han aplicado prácticamente desde hace mucho tiempo, la formalización del concepto de patrones de diseño languideció durante varios años. ^[3]

Práctica

Los patrones de diseño pueden acelerar el proceso de desarrollo al proporcionar paradigmas de desarrollo probados. ^[4] El diseño de software eficaz requiere considerar cuestiones que pueden no hacerse evidentes hasta más adelante en la implementación. El código recién escrito a menudo puede tener problemas ocultos y sutiles que tardan en detectarse; cuestiones que a veces pueden causar problemas importantes en el futuro. La reutilización de patrones de diseño puede ayudar a prevenir estos problemas ^[5] y mejorar la legibilidad del código para quienes estén familiarizados con los patrones.

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

Motivo

Un patrón describe un motivo de diseño , también conocido como microarquitectura prototípica , como un conjunto de componentes del programa (por ejemplo, clases, métodos...) y sus relaciones. Un desarrollador adapta el motivo a su código base para resolver el problema descrito por el patrón. El código resultante tiene una estructura y organización similar al motivo 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 , ^[6] visualización de información , ^[7] diseño seguro, ^[8] "usabilidad segura", ^[9] diseño web ^[10] y diseño de modelos de negocio. ^[11]

Las actas anuales de la Conferencia sobre lenguajes de programación de patrones ^[12] incluyen muchos ejemplos de patrones de dominios específicos.

Programación orientada a objetos

Los patrones de diseño orientado a objetos suelen mostrar relaciones e interacciones entre clases u objetos , sin especificar las clases u objetos de aplicación finales que están involucrados. Los patrones que implican un estado mutable pueden no ser adecuados para lenguajes de programación funcionales . Algunos patrones pueden resultar 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.

Ejemplos

Los patrones de diseño se pueden organizar en grupos según el tipo de problema que resuelven. Los patrones creacionales crean objetos. Los patrones estructurales organizan clases y objetos para formar estructuras más grandes que brindan nueva funcionalidad. Los patrones de comportamiento proporcionan comunicación entre objetos y la realización de estos patrones.

Patrones creacionales

Patrones estructurales

Patrones de comportamiento

Patrones de concurrencia

Documentación

La documentación de un patrón de diseño describe el contexto en el que se utiliza el patrón, las fuerzas dentro del contexto que el patrón busca resolver y la solución sugerida. ^[25] No existe un formato único y estándar para documentar patrones de diseño. Más bien, 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 han convertido en puntos de partida comunes para nuevos esfuerzos de escritura de patrones. ^[26] Un ejemplo de un formato de documentación comúnmente utilizado 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 el motivo para usarlo.
También conocido como: Otros nombres del patrón.
Motivación (Fuerzas): Un escenario que consta de un problema y un contexto en el que se puede utilizar este patrón.
Aplicabilidad: Situaciones en las que este patrón es utilizable; el contexto del patrón.
Estructura: Una representación gráfica del patrón. Para este fin se pueden utilizar diagramas de clases y diagramas de interacción .
Participantes: Una lista de las clases y objetos utilizados 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, efectos secundarios y compensaciones causadas por el uso del patrón.
Implementación: una descripción de una implementación del patrón; la parte solución 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

Algunos sugieren que los patrones de diseño pueden ser una señal de que faltan funciones en un lenguaje de programación determinado ( 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 (mediante soporte directo de lenguaje) en Lisp o Dylan . ^[27] Hannemann y Kiczales hicieron observaciones relacionadas, quienes implementaron varios de los 23 patrones de diseño utilizando un lenguaje de programación orientado a aspectos (AspectJ) y demostraron 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. ^[28] Véase también el ensayo de Paul Graham "La venganza de los nerds". ^[29]

El uso inadecuado de patrones puede aumentar innecesariamente la complejidad. ^[30]

Por definición, un patrón debe programarse nuevamente en cada aplicación que lo utilice. Dado que algunos autores ven esto como un paso atrás respecto de la reutilización del software proporcionada por los componentes , los investigadores han trabajado para convertir patrones en componentes. Meyer y Arnout pudieron proporcionar una componente total o parcial de dos tercios de los patrones que intentaron. ^[31]

Para lograr flexibilidad, los patrones de diseño pueden introducir niveles adicionales de indirección , lo que puede complicar el diseño resultante y disminuir el rendimiento del tiempo de ejecución .

Ver también

Referencias

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