Patrones de diseño

Cada vez que se comienza el desarrollo de una nueva aplicación, como ingenieros de software nos volvemos a enfrentar a los mismos o similares problemas que ya se han encarado en anteriores desarrollos. No sólo esto, nos estamos enfrentando en muchos casos a los mismo problemas que otros ya han tenido que resolver.

Aprovechar todo el conocimiento anterior es útil y permite ganar tiempo en el diseño y desarrollo de nuevas aplicaciones. Esto es algo de sobra conocido y por ello han surgido los patrones de diseño, como pautas a seguir en determinadas condiciones avaladas por el conocimiento previo.

En la construcción, el arquitecto Christopher Alexander propuso el aprendizaje y uso de una serie de patrones para la construcción de edificios de una mayor calidad. Según sus palabras, "cada patrón describe un problema que ocurre infinidad de veces en nuestro entorno, así como la solución al mismo, de tal modo que podemos utilizar esta solución un millón de veces más adelante sin tener que volver a pensarla otra vez."

Los patrones que Christopher Alexander y sus colegas definieron son un intento de formalizar y plasmar de una forma práctica generaciones de conocimiento arquitectónico. Los patrones no son principios abstractos que requieran su redescubrimiento para obtener una aplicación satisfactoria, ni son específicos a una situación particular o cultural; son algo intermedio. Un patrón define una posible solución correcta para un problema de diseño dentro de un contexto dado, describiendo las cualidades invariantes de todas las soluciones.

Llevando la idea de patrón al mundo de la informática, un patrón de diseño es una solución a un problema de diseño que debe poseer las siguientes características:

• Debe haber comprobado su efectividad resolviendo problemas similares en ocasiones anteriores.
• Debe ser reusable, lo que significa que es aplicable a diferentes problemas de diseño en distintas circunstancias.

Los patrones de diseño tuvieron un gran éxito a partir de la publicación del libro Design Patterns escrito por el grupo Gang of Four (GoF, en el que se recogían 23 patrones de diseño comunes. Estos patrones definidos por el GoF están divididos en 3 grupos, patrones creacionales, estructurales y de comportamiento.

Patrones creacionales: Tratan de solucionar los problemas que pueden surgir en la creación de objetos.

• Abstract Factory: Proporciona una interfaz para crear familias de objetos o que dependen entre sí, sin especificar sus clases concretas.
• Factory Method: Define una interfaz para crear un objeto, pero deja que sean las subclases quienes decidan qué clase instanciar. Permite que una clase delegue en sus subclases la creación de objetos.
• Builder: Separa la construcción de un objeto complejo de su representación, de forma que el mismo proceso de construcción pueda crear diferentes representaciones.
• Prototype: Especifica los tipos de objetos a crear por medio de una instancia prototípica, y crear nuevos objetos copiando este prototipo.
• Singleton: Garantiza que una clase sólo tenga una instancia, y proporciona un punto de acceso global a ella.

Patrones estructurales: Tratan de facilitar el diseño identificando formas simples de establecer relaciones entre entidades.

• Adapter: Convierte la interfaz de una clase en otra distinta que es la que esperan los clientes. Permiten que cooperen clases que de otra manera no podrían por tener interfaces incompatibles.
• Bridge: Desvincula una abstracción de su implementación, de manera que ambas puedan variar de forma independiente.
• Composite: Combina objetos en estructuras de árbol para representar jerarquías de parte-todo. Permite que los clientes traten de manera uniforme a los objetos individuales y a los compuestos.
• Decorator: Añade dinámicamente nuevas responsabilidades a un objeto, proporcionando una alternativa flexible a la herencia para extender la funcionalidad.
• Facade: Proporciona una interfaz unificada para un conjunto de interfaces de un subsistema. Define una interfaz de alto nivel que hace que el subsistema se más fácil de usar.
• Flyweight: Usa el compartimiento para permitir un gran número de objetos de grano fino de forma eficiente.
• Proxy: Proporciona un sustituto o representante de otro objeto para controlar el acceso a éste.

Patrones de comportamiento: Identifican patrones comunes de comunicación entre objetos y tratan de incrementar la flexibilidad de esta comunicación.

• Chain of Responsibility: Evita acoplar el emisor de una petición a su receptor, al dar a más de un objeto la posibilidad de responder a la petición. Crea una cadena con los objetos receptores y pasa la petición a través de la cadena hasta que esta sea tratada por algún objeto.
• Command: Encapsula una petición en un objeto, permitiendo así parametrizar a los clientes con distintas peticiones, encolar o llevar un registro de las peticiones y poder deshacer la operaciones.
• Interpreter: Dado un lenguaje, define una representación de su gramática junto con un intérprete que usa dicha representación para interpretar las sentencias del lenguaje.
• Iterator: Proporciona un modo de acceder secuencialmente a los elementos de un objeto agregado sin exponer su representación interna.
• Mediator: Define un objeto que encapsula cómo interactúan un conjunto de objetos. Promueve un bajo acoplamiento al evitar que los objetos se refieran unos a otros explícitamente, y permite variar la interacción entre ellos de forma independiente.
• Memento: Representa y externaliza el estado interno de un objeto sin violar la encapsulación, de forma que éste puede volver a dicho estado más tarde.
• Observer: Define una dependencia de uno-a-muchos entre objetos, de forma que cuando un objeto cambia de estado se notifica y actualizan automáticamente todos los objetos.
• State: Permite que un objeto modifique su comportamiento cada vez que cambia su estado interno. Parecerá que cambia la clase del objeto.
• Strategy: Define una familia de algoritmos, encapsula uno de ellos y los hace intercambiables. Permite que un algoritmo varíe independientemente de los clientes que lo usan.
• Template Method: Define en una operación el esqueleto de un algoritmo, delegando en las subclases algunos de sus pasos. Permite que las subclases redefinan ciertos pasos del algoritmo sin cambiar su estructura.
• Visitor: Representa una operación sobre los elementos de una estructura de objetos. Permite definir una nueva operación sin cambiar las clases de los elementos sobre los que opera.

Con el tiempo, han ido surgiendo nuevos patrones, sobre todo dentro del ámbito del desarrollo Java empresarial. Algunos de ellos son:

• Controlador frontal
• Modelo Vista Controlador (MVC)
• Vista de composición
• Fachada de sesión - Sesion Facade
• Localizador de servicio - Service Locator
• Objeto valor - Value object
• Objeto de Transferencia de Datos - Data Transfer Object (DTO)
• Delegado de empresa - Bussiness Delegate
• Objeto de acceso a datos - Data Access Object (DAO)
• Dependency Injection(DI) - Inversion of Control (IoC)
• Open Session In View (OSIV)
• ThreadLocal Session

En este artículo sólo he tratado de dar una introducción a los patrones de diseño. En posteriores artículos trataré de desarrollar algunos de los patrones aquí expuestos analizando su utilidad, virtudes y defectos.

Referencias:
Design Patterns (Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, Hohn Vlissides)
Professional Java Server Programming J2EE, 1.3 Edition (Subrahmanyam Allamaraju, Cedric Beust, Marc Wilcox, Sameer Tyagi, Rod Johnson, Gary Watson, Alan Williamson, John Davies, Ramesh Nagappan, Andy Longshaw, P. G. Sarang, Tyler Jewell, Alex Toussaint)
Patrones de diseño en Wikipedia
Introducción al diseño con patrones por Manuel Lagos Torres
Patrones de diseño en ingenierosoftware.com