Patrón de diseño de software

En ingeniería de software , un patrón de diseño de software es una solución general y reutilizable a un problema que ocurre comúnmente dentro de un contexto determinado en el diseño de software . No es un diseño terminado que pueda transformarse directamente en código fuente o de 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 mejores prácticas formalizadas que el programador puede utilizar para resolver problemas comunes al diseñar una aplicación o sistema.

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.

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

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.
Brinch Hansen, Per (1995). Estudios en Ciencias Computacionales: Paradigmas de Programación Paralela . Prentice Hall. ISBN 978-0-13-439324-7.
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Fowler, Martín (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.
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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 y probados. ^[4] El diseño de software eficaz requiere considerar cuestiones que pueden no hacerse 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 problemas tan sutiles ^[5] y también mejora la legibilidad del código para codificadores y arquitectos que están familiarizados con los patrones.

Para lograr flexibilidad, los patrones de diseño generalmente introducen niveles adicionales de indirección , lo que en algunos casos puede complicar los diseños resultantes y perjudicar el rendimiento de la aplicación.

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. ^[6]

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.

Estructura

Los patrones de diseño se componen de varias secciones (consulte § 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 de un programa (por ejemplo, clases, métodos...) y sus relaciones. Los desarrolladores utilizan el patrón de diseño introduciendo 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 , ^[7] visualización de información , ^[8] diseño seguro, ^[9] "usabilidad segura", ^[10] diseño web ^[11] y diseño de modelos de negocio. ^[12]

Las actas anuales de la Conferencia sobre lenguajes de programación de patrones ^[13] incluyen muchos ejemplos de patrones de dominios específicos.

Clasificación y lista

Los patrones de diseño se clasificaron originalmente en 3 subclasificaciones según el tipo de problema que resuelven. Los patrones de creación brindan la capacidad de crear objetos en función de un criterio requerido y de forma controlada. Los patrones estructurales consisten en 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 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. ^[26] 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. ^[27] 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

Se ha observado que los patrones de diseño pueden ser simplemente una señal de que faltan algunas características 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 . ^[28] 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. ^[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

Referencias

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