Programmazione Orientata agli Oggetti in...

26/01/2005

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G. Mecca – Università della Basilicata – [email protected]

Programmazione Orientataagli Oggetti in Linguaggio Java

Design Pattern:Pattern nelle API di Java

versione 1.2Questo lavoro è concesso in uso secondo i termini di una licenza Creative Commons

(vedi ultima pagina)

2G. Mecca - Programmazione Orientata agli Oggetti

Sommario

m IntroduzionemStringhe e FlyweightmCollezioni e IteratorimOrdinamenti e Template Methodm Flussi, Decoratori e AdattatoriðIl Pattern DecoratorðIl Pattern Adapter

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Sommario

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Introduzione

m Le API di javaðsono frequentemente basate sull’uso dei

pattern

m Infattiðquando Java ha raggiunto la maturità (Java

1.2, 1998), i design pattern della GoF erano già notiðnel seguito vediamo alcuni esempi

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Introduzione


Stringhe e Flyweight

mUn primo esempioðle stringhe di Java

mSemantica poco intuitivaðprima ragione: sono immutabiliðseconda ragione: l’uguaglianza (a volte ==

restituisce il risultato corretto, a volte no)

m La ragioneðle stringhe sono in effetti dei Flyweight

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Stringhe e Flyweight

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mUno degli obiettivi dei design patternðlimitare il numero di oggetti da creare

mUna delle tecniche per farloðcondividere oggetti esistenti, quando questo

è possibile; un esempio: i singletonmNel caso delle stringheðquesto ha senso; se uso in un punto del

programma la stringa “lezione”, con tutta probabilità la userò anche in altri punti




m Le stringhe, peròðnon possono essere singletonðsono normalmente necessarie molte stringhe

(molti oggetti di tipo String) in un’applicazioneðdi conseguenza ci vuole una soluzione

diversam Ideaðcreare un unico oggetto per ogni stringa

distinta usata nel programma


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mSemantica delle stringhe in Javaðsono oggetti immutabili, in modo da poter

essere condivisi in punti diversi dell’applicazione senza problemiðinoltre, la macchina virtuale attribuisce una

semantica speciale all’inizializzazioneðquesta semantica è basata sull’utilizzo di un

“registro” delle stringhe esistenti nel programma




m In particolareðla macchina virtuale tiene traccia in una

apposita zona di memoria di tutti i riferimenti agli oggetti di tipo String utilizzatiðogni volta che incontra un’istruzione del tipo:

String s = “valore”;verifica se “valore” è una stringa già usata; se così è preleva il riferimento dal registroðaltrimenti crea un nuovo oggetto e lo

aggiunge al registro


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public class ProvaStringhe {void static void main(String args[]) {

String s1 = “prova”;String s2 = “altra prova”;String s3 = “prova”;if (s1 == s3) { // vero

System.out.println(“s1 ed s2 uguali”);}

}}


mEsempio


viene chiesto di utilizzare lastringa “prova”;

il registro è inizialmente vuoto;viene creato l’oggetto #235

riferimentovalore

“prova” #235

“altra prova” #7865

viene chiesto di utilizzare lastringa “altra prova”;

non è presente nel registro;viene creato

l’oggetto #7865

Registro delle Stringhe viene chiesto di ri-utilizzare lastringa “prova”;

la stringa è presente nel registro;viene restituito il valore #235

// s1 vale #235// s2 vale #7865

// s3 vale #235



mNotaðquesto meccanismo vale solo nel caso di

assegnazione di stringa costanteðnon vale, viceversa, nel caso venga

esplicitamente chiamato il costruttore

mEsempio


String s1 = “prova”;String s3 = new String(“prova”);In questo caso: s1 == s3 è falso , s1.equals(s3) è vero

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mAttenzioneðquesto meccanismo viene discusso solo per

introdurre la semantica dei flyweightðNON è opportuno utilizzare l’operatore di

confronto == sulle stringheðè opportuno usare sempre il metodo equals()




m Il patternðFlyweight

mDescrizioneðconsente di condividere un gruppo (“pool”) di

istanze di una certa classe tra diversi clientðle istanze sono contenute in un registroða ciascuna è assegnato un nome che

consenta di recuperarle


Difficoltà di applicazionemedia

Difficoltà di apprendimentomedia

Categoria: strutturale

Nome: Flyweight

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mAttenzioneðnel caso delle stringhe di Java la gestione

del registro è a carico della macchina virtualemViceversaðin generale, per utilizzare il pattern è

necessario programmare la gestione del registroðtipicamente questo viene fatto utilizzando un

dizionario associativo (mappa)




mStrategia di implementazioneðsono coinvolte due classiðla classe sulla base della quale vengono

costruiti i Flyweightðuna ulteriore classe che crea i flyweight e

gestisce il registroðtipicamente questa ulteriore classe è un

singleton


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mUn esempioðle posizioni sulla scacchiera in volpi e conigli

m La classe Posizioneðcrea oggetti che rappresentano coppie riga-

colonna sulla scacchieraðutile per dimezzare il numero di parametri da

passare ai metodi ðè un candidato ideale a diventare un

flyweight



public class PosizioneFlyweight {private int riga;private int colonna;

public PosizioneFlyweight(int riga, int colonna) {if (riga < 0 || colonna < 0) {

throw new IllegalArgumentException("Valori scorretti ");}this.riga = riga;this.colonna = colonna;

}

public int getRiga() { return riga; }

public int getColonna() { return colonna; }

public String toString() { return "[" + this.riga + ", " + this.colonna + "]"; }

}


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package it.unibas.volpieconigli2.modello;

public class PosizioneFlyweightFactory {

private static PosizioneFlyweightFactory singleton = new PosizioneFlyweightFactory();

private PosizioneFlyweightFactory() {}

public static PosizioneFlyweightFactory getInstance() {return singleton;

}

private java.util.HashMap cache = new java.util.HashMap();

public PosizioneFlyweight getPosizione(int i, int j) {String chiave = i + “-” + j;PosizioneFlyweight posizione = (PosizioneFlyweight)cache.get(chiave);if (posizione == null) {

posizione = new PosizioneFlyweight(i, j);cache.put(chiave, posizione);

}return posizione;

}}


rappresenta il registro

si tratta di un singleton

gestisce ilregistro



mEsempio di utilizzoðil metodo cercaAnimale() di scacchiera


public Posizione cercaAnimale(Animale animale) {for (int i = 0; i < this.getNumeroRighe(); i++) {

for (int j = 0; j < this.getNumeroColonne(); j++) {if (elementi[i][j] == animale) {

return PosizioneFlyweightFactory.getInstance().getPosizione(i, j);}

}}return null;

}

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mNotaðla classe PosizioneFlyweightFactory è un

esempio di classe “fabbrica” (factory)ðgenera un componente singleton la cui unica

responsabilità è fabbricare e servire agli altri componenti altri oggettiðattorno a questo meccanismo è costruito un

ulteriore pattern (“factory method”) che vedremo successivamente




m In generaleðil pattern flyweight è molto importante per

ridurre il numero di oggettiðconsente di condividere un “pool” di oggettiðpurchè questi siano immutabili

mAltri esempi di flyweightði segni in un’applicazione sul totocalcio


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mUn altro esempioði caratteri in un editor di testiðciascun carattere deve essere un oggetto

grafico (o “glifo”) che sappia disegnarsi sullo schermo (non basta un semplice char)ðin questo caso è essenziale utilizzare

flyweightmAttenzioneðcome è possibile gestire il “formato” ?




m In documenti diversiðuno stesso carattere può avere formati diversi (es:

corsivo da una parte, grassetto dall’altra)ðnon è possibile associare direttamente il formato al

flyweight (non sarebbe più immutabile)

m E’ un esempio di “stato estrinseco”ðovvero di stato da rappresentare all’esterno del flyw.ðes: con oggetti di tipo “FormatoCarattere” per

associare al flyweight lo stato di formato


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mStato estrinseco per il flyweightðoggetto associato ad un flyweight in un certo

contesto (es: documento), che ne modifica il comportamentoði metodi del flyweight devono conoscere lo

stato estrinseco mEsempio: il metodo disegnati()ðil metodo deve conoscere il formato per

disegnare il carattere in modo opportuno





fonte: http://www.tml.hut.fi/~pnr/Tik-76.278/gof/html/

Flyweight - Diagramma UML della GoF

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Collezioni ed Iteratori

mUn ulteriore principio dei patternðprogrammare con le interfacce invece che

con le implementazioniðle interfacce riducono l’accoppiamento tra le

classi e semplificano i cambiamenti

mUn esempio: le listeðè opportuno utilizzarle per quanto possibile

attraverso riferimenti di tipo java.util.List

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Collezioni ed Iteratori


Collezioni ed Iteratori

mDi conseguenzaðsi rende necessario un meccanismo

efficiente per la scansione della collezioneðovvero un iteratore

m Ideaðl’iteratore è un oggetto che consente di

programmare la scansione in modo neutro rispetto all’implementazioneðe implementa la scansione in modo ottimo

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Collezioni ed Iteratori

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Collezioni e Iteratori

mSi tratta in effetti di un patternðIterator

mDescrizioneðutile quando è necessario scandire collezioni

con uguale interfaccia ma implementazioni diverseðsi tratta di un oggetto che sa come scandire

una collezione senza mostrarne i dettagli implementativi

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Collezioni e Iteratori



Categoria: comportamentale

Nome: Iterator



m L’utilizzo in java.utilðinterfaccia java.util.Iterator, che prevede i

seguenti metodi ðObject next() per spostarsi in avantiðboolean hasNext() per fermarsiðesiste poi una implementazione per ArrayListðed una implementazione per LinkedList


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m In generaleðogni volta che in un’applicazione è

necessario utilizzare collezioni con diverse implementazioni, sarebbe opportuno sviluppare un iteratoreðe utilizzare sempre l’iteratore per la

scansione per essere sicuri di adottare sempre la strategia migliore di scansione




mUn esempio: le matrici matematicheðuna interfaccia Matriceðuna implementazione basata su array

bidimensionali per matrici pieneðuna implementazione basata su liste per

matrici sparseðin questo caso sarebbe opportuno definire un

iteratore per la scansione degli elementi non nulli


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Iterator - Diagramma UML della GoF


Ordinamenti e Template Method

mUna postilla sull’ordinamentoðl’interfaccia java.lang.Comparable

corrisponde ad un pattern precisoðil pattern Template Method

m java.lang.Comparableðprevede un unico metodo: ðint compareTo(Object o)ðrisultato positivo, negativo o nullo

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Ordinamenti e Template Method

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mSi tratta di un metodo “modello”ðdefinisce una regola e tutte gli oggetti da

ordinare devono implementarlom Ideaðil metodo Collections.sort() è scritto

assumendo che gli oggetti della lista implementino compareTo()ðquindi è un metodo scritto assumendo il

rispetto del modello stabilito




m Nota ðsu questo pattern c’è una certa confusione

terminologica

m Secondo alcuniðil template method sarebbe compareTo() – perchè

fornisce un modello per le classi della gerarchia

m Secondo altri (e secongo la GoF)ðil template method sarebbe sort() – che fornisce uno

scheletro di algoritmo, ma assume l’implementazione di uno o più metodi nella gerarchia


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mPatternðTemplate Method

mDescrizioneðconsiste nello stabilire un modello di metodoðche tutte le classi di una certa gerarchia

devono rispettare (implementare)ðper poter essere utilizzate nel contesto

richiesto


Difficoltà di applicazionelimitata

Difficoltà di apprendimentolimitata

Categoria: comportamentale

Nome: Template Method



mE’ un pattern diffusissimoðutilizzato praticamente da tutti i frameworkðè uno degli strumenti attraverso i quali si

stabiliscono le regole di funzionamento del framework

mEsempio: JUnitðil metodo runBare()

di TestCaseðe i metodi setUp() e tearDown()


public void runBare() throws Throwable {

setUp();try { runTest(); }finally { tearDown(); }

}

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m In effettiðè usato quasi sempre nel caso di ereditarietà

di tipo

mUn ulteriore esempioðvolpi e conigli: il metodo agisci()

dell’interfaccia animaleðil metodo simula() assume che tutti gli

animali implementino agisci()






Template MethodDiagramma UML della GoF

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Flussi, Decoratori e Adattatori

mUn ultimo esempio rilevante ðil package java.ioðutilizza estensivamente due altri pattern

m Il pattern Decoratorðper ridurre il numero di classi

m Il pattern Adapterðper gestire trasformare flussi binari in flussi

testuali

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Flussi, Decoratori e Adattatori


Il Pattern Decorator

m Il problema dei flussiðesistono molti tipi diversi di flussi

mEsempioðflussi di lettura e flussi di scritturaðflussi orientati ai byte (binari) e ai caratteriðflussi da e verso i file e nonðflussi tamponati e non tamponati


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m In effettiðesistono molti altri tipi di flussi

mEsempio: flussi filtratiðflussi in cui è possibile filtrare i byte o i

caratteri, per esempio per sostituirli o elimin.

mEsempio: flussi di “pushback”ðflussi in cui, dopo aver prelevato byte o

caratteri, è possibile rimetterli a posto




mE ancoraðne esistono anche di altri tipi “strani”; es:

flussi con conteggio dei numeri di lineaðinoltre un flusso può avere più caratteristiche

(es: flusso di ingresso binario filtrato e tamponato)

mUn possibile approccioðuna gerarchia con una classe per ogni tipo di

flusso


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mPrimo problemaðle classi della gerarchia tendono a diventare

moltissimeðcon n tipi di flussi posso avere fino a 2n classiðin java.io si contano una dozzina di tipologie

di flussi (212 = 4096)

mSecondo problemaðsarebbe necessaria l’ereditarietà multipla





Flusso

Flusso di Input Flusso di Output

Flusso di InputTamponato

Flusso di InputFiltrato

Flusso di InputVerso File

Flusso di Inputdi PushBack

Flusso di InputTamponato

Filtrato

Flusso di InputFiltrato

di PushBack

Flusso di Inputdi PushBack

verso File

Flusso di InputTamponatoverso File

Flusso di InputTamponato Filtratodi PushBack su File

...

...

...

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mDue principi dei design patternðfavorire l’associazione rispetto all’estensioneðfavorire la manutenibilità del codice

mUna possibile soluzioneðfornire una collezione di classi “componibili”ðciascuna delle quali è in grado di aggiungere

una tipologia di funzionalità ad un flusso esistenteðin modo da poter comporre il flusso voluto




m Il patternðDecorator

m Ideaðun decoratore è un oggetto che lavora in

associazione con un altro oggetto ð“decora” i metodi del primo oggetto

aggiungendogli funzionalitàðe può aggiungere ulteriori metodiðpuò essere composto con altri decoratori





Nome: Decorator

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m La soluzione di java.ioðconsideriamo solo i flussi binari di ingressoðla classe di base: InputStream

mDecoratori disponibiliðBufferedInputStream: rende lo stream

tamponatoðFileInputStream: rende lo stream indirizzato

verso un flussoðFilterInputStream: rende lo stream filtrato




mCome si costruisce un flusso decoratoðsi parte da un flusso di baseðsuccessivamente si costruiscono gli ulteriori

flussi a partire da quello base


FileInputStream flussoBase = new FileInputStream(“prova.txt”)BufferedInputStream flussoTamponato =

new BufferedInputStream(flussoBase);PushbackInputStream flussoTamponatoPBack =

new PushbackInputStream(flussoTamponato);

ottengo un flusso binario di ingresso da file tamponato e di pushback

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mCosa succede nel costruttoreðil nuovo flusso costruito mantiene un

riferimento al vecchio flussoðogni volta che deve eseguire un metodo,

sfrutta il metodo corrispondente del flusso originale, aggiungendo operazioniðpuò, inoltre, aggiungere metodi

completamente nuovi





byte read()void unread(byte b)

PushBackInputtStream

byte read()

BufferedInputStream

byte read()

FileInputStream

InputStream in

12345 : PushBackInputStream

764

: Principale

InputStream in

764 : BufferedInputStream

4921

4921 : FileInputStream

read() read()

read()

byte

unread()

byte

byte

byte read()

<<abstract>>InputtStream

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m In generaleðun oggetto decoratore viene creato a partire

da un altro oggettoðimplementa la stessa l’interfaccia dell’oggetto ðin ciascun metodo utilizza il metodo

corrispondente dell’oggetto originale, aggiungendo funzionalitàðpuò, eventualmente, arricchire l’interfaccia

con altri metodi






Decorator - Diagramma UML della GoF

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Il Pattern Adapter

mUna ulteriore caratteristica dei flussiðla versione originale di Java prevedeva solo

flussi binariðbasati sulle classi astratte InputStream e

OutputStreamðsuccessivamente sono stati introdotti i flussi

testuali compatibili con Unicodeðbasati sulle classi astratte Reader e Writer



Il Pattern Adapter

mProblemaðera necessario poter trasformare i flussi

standard (binari) in flussi del nuovo tipoðma le due interfacce sono leggermente

diversemEsempio: il metodo read() multicarattereðin InputStream: read(byte[] valori)ðin Reader: read(char[] valori)ðnel secondo caso i byte sono letti 2 a 2


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Il Pattern Adapter

mPatternðAdapter

mDescrizioneðun oggetto costruito a partire da un altro

oggettoðtrasforma l’interfaccia dell’oggetto originale in

una nuova interfaccia compatibile con il contesto in cui è usato





Nome: Adapter


Il Pattern Adapter

mEsempioðInputStreamReader, un “adattatore” da

InputStream a Readerðun oggetto che trasforma un flusso binario in

un flusso testuale, adattandone l’interfaccia

mEsempioðInputStream stream = System.in;ðReader reader = new InputStreamReader(stream);


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Il Pattern Adapter

mAttenzione alla differenzaðun adattatore cambia l’interfaccia dell’oggettoðmentre un decoratore la duplica

arricchendone l’implementazioneðpossono essere usati assieme

mEsempio: in ConsoleBufferedReader stdin =

new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));


adapterdecorator


Il Pattern Adapter



AdapterDiagramma UML della GoF

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Riassumendom Creational patterns (5)ð Abstract Factoryð Builderð Factory Methodð Prototypeð Singleton (discutibile, visto)

m Structural Patterns (7)ð Adapter (visto)ð Bridge (da rimuovere)ð Compositeð Decorator (visto)ð Facade (visto)ð Flyweight (visto)ð Proxy

m Behavioral Patterns (11)ð Chain of Responsibility

(discutibile)ð Commandð Interpreter (da rimuovere)ð Iterator (visto)ð Mediatorð Mementoð Observerð Stateð Strategyð Template Method (visto)ð Visitor

m Altri patternð Null Object (visto)ð DAO (visto)

Design Pattern: Pattern nelle API di Java >> Riassumendo


Riassumendo

m IntroduzionemStringhe e FlyweightmCollezioni e IteratorimOrdinamenti e Template Methodm Flussi, Decoratori e AdattatoriðIl Pattern DecoratorðIl Pattern Adapter

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Termini della Licenza

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