Pattern

Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Informatica
Pattern
Corso di ingegneria del software
Ingegneria del software
Ingegneria del Software
Definizione
• Pattern software
– la descrizione strutturata di una soluzione esemplare ad un
problema (software) ricorrente
Ingegneria del Software
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Cluster
Non tutti i pattern sono uguali
– possono essere strutturati e organizzati.
Esistono diverse tipologie di pattern in funzione della loro area di
applicazione,
– in generale essi possono essere raggruppati in macrocategorie
specifiche (dette anche cluster), ciascuna delle quali contenente
pattern orientati a risolvere problematiche similari.
– I cluster possono a loro volta essere suddivisi in sottocategorie a
granularità più bassa.
Oltre che l’appartenenza ad un determinato cluster, per un pattern è
possibile considerare anche il livello di astrazione che lo contraddistingue.
Nell’ambito del cluster dei pattern relativi allo sviluppo di applicazioni
software possiamo individuare tre categorie di pattern caratterizzate da un
diverso livello di astrazione.
Ingegneria del Software
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Pattern architetturali (stili architetturali): descrivono lo schema
organizzativo della struttura che caratterizza un sistema software.
– In genere individuano le parti del sistema a cui sono associate
responsabilità omogenee e le relazioni che esistono tra i diversi
sottosistemi.
Pattern di disegno (design pattern): sono i pattern che si riferiscono alle
problematiche legate al disegno object-oriented
– forniscono uno schema per raffinare gli elementi di un sistema software
o le relazioni tra di essi
•
Categorie di pattern
– descrive una struttura che ricorre comunemente di elementi di progetto
interconnessi, che risolvono un problema di progettazione generale in
un contesto particolare
Pattern di implementazione (idiomi): sono pattern di basso livello
specifici per una particolare tecnologia (per esempio, il .NET Framework,
J2EE).
– descrivono le modalità implementative da utilizzare per risolvere
problematiche di sviluppo sfruttando in modo mirato le caratteristiche
peculiari di una particolare piattaforma.
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Osservazioni
• Ciascuna categoria è caratterizzata da un grado di astrazione
differente.
– I pattern architetturali sono troppo generici per essere orientati a
risolvere problematiche di disegno
– I pattern idiomatici, molto legati alla tecnologia a cui si riferiscono e
all’implementazione vera e propria.
– I design pattern descrivono soluzioni che lasciano sempre e comunque
un certo grado di libertà nella loro adozione e implementazione,
• non descrivono mai soluzioni che sono valide per una piattaforma specifica,
• hanno una validità più generale e trasversale rispetto alla tecnologia.
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Pattern language
L’architetto Christopher Alexander nel suo libro A Pattern Language, scrive
–
"ogni pattern descrive un problema che si ripete più e più volte nel nostro ambiente,
descrive quindi il nocciolo della soluzione del problema, in modo tale che la soluzione possa
essere usata un milione di volte, senza che essa venga mai applicata nella stessa maniera".
•
il concetto che sta alla base dei pattern è quello di fornire una soluzione ad un
problema in un determinato contesto.
•
Nel caso della progettazione del software, questo significa individuare meccanismi e
tecniche che permettano di risolvere problematiche ricorrenti in modo elegante,
riusabile ed efficace.
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Design pattern
In genere un design pattern è caratterizzato da quattro elementi fondamentali.
– Nome: descrive sinteticamente le funzionalità di un pattern. Associare un nome
ad un pattern permette di identificarlo in modo semplice ed immediato e
consente di condividere le idee di disegno ad un livello più alto di astrazione,
senza la necessità di dover entrare nei dettagli implementativi.
– Problema: descrive la situazione alla quale applicare il pattern e le condizioni
necessarie e propedeutiche all'utilizzo del pattern stesso.
– Soluzione: descrive in modo astratto come il pattern risolve il problema,
specificando gli elementi coinvolti con le loro responsabilità e collaborazioni. La
soluzione viene solitamente espressa in modo sufficientemente generale da
lasciare numerosi gradi di libertà nelle possibili scelte implementative. Un pattern
infatti è come uno schema che può essere applicato ripetutamente, il più delle
volte in modo particolare e differente.
– Conseguenze: descrive l'insieme dei risultati e dei vincoli a cui si va incontro
nell'applicazione del pattern. Le conseguenze sono fondamentali per poter
valutare i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall'uso del pattern e per poter
eventualmente preferire soluzioni alternative per la risoluzione del problema.
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Design pattern
• Un design pattern associa un nome identificativo ad un problema di
progettazione,
– permette di identificare gli elementi che concorrono a definire la
struttura ad oggetti a cui il pattern si riferisce
– per ciascun elemento individuato, specifica il ruolo, le collaborazioni e le
dipendenze con altri oggetti e, in generale, le responsabilità ad esso
attribuite.
• Ciascun design pattern è focalizzato su una particolare problematica
di disegno e per essa specifica i possibili scenari di utilizzo,
evidenziandone i vincoli e le conseguenze.
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Vantaggi nell’uso di pattern
soluzione provata e ben compresa, che definisce i principi organizzativi del
sistema
più facile comprendere l’architettura e le sue caratteristiche
– ovvero il modo in cui sono controllate le varie qualità
•
Possibili usi degli stili architetturali
–
–
–
–
soluzione di progetto per il sistema in discussione
base per l’adattamento
ispirazione per una soluzione correlata
motivazioni per un nuovo stile
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Notazione
I pattern architetturali propongono criteri di decomposizione di un sistema in
elementi architetturali (macro-elementi)
È possibile usare un linguaggio di modellazione ad oggetti – ad es., OMT o UML
• gli elementi architetturali non sono mai degli oggetti sono piuttosto dei
“macro-oggetti”
• tuttavia, è comune che ciascun elemento abbia
–
–
–
–
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un nome/riferimento
un’interfaccia pubblica – descrive i servizi che offre
un’implementazione privata
ed è comune che le interazioni tra elementi siano mostrati da uno scambio di
messaggi (sincroni oppure asincroni)
Una notazione ad oggetti è adeguata, ma i rettangoli indicano elementi
architetturali, non oggetti
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Pattern architetturali
From Mud to Structure
– Garantire una struttura organizzata
– Supportano nella decomposizione di un sistema in sottosistemi
• Pattern: Layers, Pipes and Filters, Blackboard, SharedRepository,
Database Access Layers(DAL), DomainObject, Domain model
Distributed Systems
– forniscono un’infrastruttura per applicazioni distribuite
• Pattern: Broker
Interactive Systems
– per strutturare sistemi software che prevedono un’interazione uomo-macchina
– Supportano la progettazione dell’interazione uomo-macchina
• pattern: Model View Controller (MVC) e Presentation Abstraction
Control (PAC)
Adaptable Systems
– Supportano l’estendibilità per evoluzione tecnologica o cambiamento dei requisiti funzionali
– Contiene i pattern: Reflection e Microkernel.
[Pattern-Oriented Software Architecture - A System of Patterns” Frank Buschmann, Regine
Meunier, Hans Rohnert, Peter Sommerlad, Michael StalWiley and Sons Ltd.]
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Osservazioni
• I pattern non sono tra loro indipendenti
– alcuni pattern sono alternativi – uso uno oppure l’altro
– altri pattern sono sinergici – se uso uno è utile usare anche
l’altro
– altri possono essere usati in gruppi più complessi
• utile ragionare anche sulle relazioni tra pattern
Ingegneria del Software
Pattern language
Un pattern language (linguaggio di pattern)
– una famiglia di pattern correlati
– con una discussione sulle loro correlazioni
• ne esistono diversi – specifici per la progettazione di certi
tipi di sistemi o per certi tipi di requisiti
– ad es., linguaggio di pattern per la sicurezza
– ad es., linguaggio di pattern per sistemi distribuiti
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Layers
• Divide le funzionalità in livelli separati ogni livello
contiene un insieme di funzionalità e dipende dai servizi
forniti dal livello inferiore
• È possibile modificare un livello senza modificare gli altri
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Domain model
• Assimilabile al modello concettuale nel progetto di un
sistema
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Domain object
• guida la decomposizione di elementi architetturali più grandi
– ad es., uno strato di un’architettura secondo Layers
• Si basa sul Principio di Separazione
degli Interessi e la Modularità
• La decomposizione può essere guidata da un modello del dominio
(casi d’uso, requisiti non funzionali, requisiti informativi, ecc.)
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Model View Control (MVC)
• Separa i dati dell’applicazione (contenuti nel modello) dai
componenti per la presentazione grafica (vista) e la
logica per l’elaborazione dell’input (il controllore)
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Model view control
Pattern MVC
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notifica
modifica
controllore
modello
vista
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Pipe and filter
• Fornisce una struttura per sistemi che devono elaborare flussi di dati
– l’elaborazione è decomposta in passi di elaborazione
– ciascun passo di elaborazione è incapsulato in un componente filtro
• i dati sono trasferiti tra filtri adiacenti mediante pipe (tubi)
• è possibile costruire famiglie di sistemi correlati mediante
un’opportuna combinazione di filtri e pipe – pipeline
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Shared repository
Usato per applicazioni data-intensive in cui le interazioni tra le
componenti del sistema non sono guidate da processi specifici mapossono
essere coordinate sulla base dei dati condivisi su cui operano
Mantiene i dati in un repository centrale condiviso da tutti i componenti
funzionali del sistema e fa guidare e coordinare il flusso di controllo della
logica applicativa dalla disponibilità qualità e stato dei dati nel repository
L’accesso ai dati gestiti dal repository condiviso dovrebbe essere
opportunamente sincronizzato
È un punto d’accesso a dati condivisi( es. un database relazionale, una
collezione di oggetti in memoria, ecc.)
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Database access layer (DAL)
• Guida la connessione tra elementi architetturali sviluppati con
tecnologia orientata agli oggetti e una base di dati
relazionale
• Introduce uno strato separato per l’accesso alla base di dati
(database access layer) tra l’applicazione e la base di dati
relazionale
– questo strato fornisce all’applicazione un’interfaccia per l’accesso ai dati
stabile ed orientata agli oggetti (operazioni CRUD -Create, Read,
Update, Delete)
– Il DAL traduce operazioni CRUD in istruzioni SQL e si occupa di altri
aspetti quali concorrenza, transazioni, caching, accesso a DBMS
diversi,ecc.
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Pattern DAL
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Blackboard
• Il pattern Blackboard
– è utile in problemi per cui non esistono strategie di risoluzione
deterministiche.
– prevede diversi sottosistemi specializzati che usano la loro
conoscenza per costruire insieme una soluzione parziale o
approssimata
• Esempio: Vision, Image Recognition, Speech Recognition
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Broker
• Il pattern Broker può essere usato per strutturare sistemi software
distribuiti con componenti tra loro disaccoppiati che interagiscono
tramite invocazioni di servizi remoti.
• Un componente broker è responsabile di coordinare la
comunicazione: inoltrare richieste e trasmettere risultati ed
eccezioni.
• (architettura ad oggetti distribuiti)
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Microkernel
sviluppo di un insieme di applicazioni variazioni l’una dell’altra basate sulla
stessa architettura e con un unico nucleo funzionale
le diverse applicazioni sono costruite in sede di deployment
– alcune applicazioni devono esistere in versioni multiple
– si differenziano, ad esempio, nelle funzionalità specifiche offerte o nell’interfaccia
utente
•
tutte le versioni delle applicazioni dovrebbero essere basate su una stessa
architettura comune ed uno stesso nucleo funzionale comune
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Reflection
• fornisce un meccanismo per cambiare la struttura e il
comportamento di un sistema in modo dinamico
• consente la modifica di aspetti fondamentali, ad es., delle strutture
di dati e dei meccanismi di comunicazione
– Suddivide il sistema in due parti mediante un’architettura a due livelli
che separa i metadati della logica applicativa fondamentale
dell’applicazione
– un meta-livello: contiene i meta-dati
– un livello base: comprende la logica applicativa la cui implementazione
è basata sul meta-livello