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.

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. В этой книге будут рассмотрены 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.

Кто придумал паттерны?

По определению, 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 1995 году они написали книгу «Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software» , 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.