Rozhraní je množina informací, které o sobě daná entita (třída, enum, interface, metoda) zveřejní. Touto informací může být signatura nebo kontrakt. Publikované rozhraní by mělo být nedotknutelné. Zastaralé entity se označují jako deprecated.
Signatura (hlavička, deklarace) je souhrn informací zpracovatelných překladačem. Signatura dat představuje název a typ. Signatura metody představuje název, typ návratové hodnoty, typy parametrů, výjimky a další atributy. Signatura datových typů (class, enum, interface) představuje název typu, název předka, implementovaných rozhraní a signatury všech jeho členů.
Kontrakt je souhrn pravidel, které je nutno dodržet, avšak nelze je zkontrolovat překladačem. Např. přípustné hodnoty parametrů metody. Kontrakt je deklarován v dokumentaci.
Implementace je souhrn informací, které se třída snaží maximálně utajit.
Proměnné nemají být deklarovány jako instance konkrétních tříd, ale jako instance nějakého datového typu, jenž není vázán na konkrétní implementaci - interface nebo abstraktní třída. Například List<Product> list = new ArrayList<>(); a nikoliv ArrayList<Product> list = new ArrayList<>();. List je interface a ArrayList je třída.
Je vhodné vnější rozhraní programu (API) postavit na konstrukcích interface, protože umožní lépe skrýt implementaci.
Spolupracující programy by neměly mít možnost zjistit/ovlivnit, jak objekt dělá, že umí to, co umí. Neměli bychom zveřejňovat pomocné metody.
Dobře zapouzdřený kód je možné odpoutat od zbytku kódu a měnit, aniž by to ovlivnilo funkčnost spolupracujících programů. Odpoutání kódu a odstranění přímých vazeb lze provést pomocí rozhraní.
Dědičnost nedovoluje zcela skrýt implementační detaily a narušuje tak správné zapouzdření. Ke správné implementaci potomka je často nutné znát informace o způsobu implementace předka.
Například třída UniverzalniVystup. Pokud bych definoval pro každý druh výstupu speciálního potomka dané třídy, měl bych svázané ruce, protože by potomci nemohly být v jiné dědické hierarchii - např. hierarchii proudů OutputStream. Pokud definuji výstupní objekt jako instanci nějakého rozhraní, mám volnější ruce, jak jeho třídu definovat.
Dědičnost se používá tehdy, jsou-li instance potomka speciálním druhem instancí předka. Liskov Substitution Principle: instance podtypu se musí dát použít všude, kde lze použít instanci nadtypu. Kde lze použít instanci předka, musí být možné použít i instanci potomka. Špatný příklad: obdelník je potomkem bodu. Body mohou tvořit i trojúhelník a substituce tedy nedává smysl.
Špatné použití dědičnosti: potomek dědí třídu jen proto, aby mohl zdědit část implementace předka. Špatný příklad: třída Letadlo je potomkem třídy Křídlo. Pak nelze zařídit, aby bylo potomkem dvou křídel.
Každý balíček, třída, metoda by měly mít na starosti jen jeden hlavní úkol. Správně navržená třída by měla mít krátké metody. Krátké by měly být i definice tříd a počty tříd v balíčku.
Špatný příklad: třída Obdélník v grafickém programu zajišťuje vykreslování tvaru a v jiném programu zajišťuje výpočty vlastností tvaru (obvod, obsah). Soudržnost obou programů je narušena, protože metody pro výpočet vlastností jsou závislé na změnách metod pro vykreslování.
Jeden úkol by měla řešit pouze jedna entita. Při úpravách funkcionality je pak nutné upravit pouze danou entitu a není třeba zkoumat celý kód.
Je vhodné minimalizovat počet vazeb mezi entitami.
Duplicitní (zkopírovaný) kód může být náchylný k chybám. Vhodné je též používat pojmenované konstanty namísto literálů.
Není vhodné optimalizovat kód předčasně. Průměrný program tráví 80% svého života ve 20% svého kódu. Optimalizace některých částí kódu může být zbytečná. Důležité je, aby šel program dobře modifikovat. Na detaily je vhodné se soustředit, až když je celek navržen a odladěn. Optimalizovat je vhodné až tehdy, kdy skutečně vím, která část programu je neefektivní.
Definuje statickou metodu nahrazující konstruktor. Používá se tam, kde potřebujeme získat odkaz na objekt, ale přímé použití konstruktoru není z nejrůznějších příčin optimálním řešením.
Tento vzor se hodí, pokud potřebujeme vytváření nových instancí nějakým způsobem hlídat, nebo provádět akce, které nám nedovolí konstruktor. Tovární metoda může vytvořit novou instanci, nebo vrátit odkaz na již existující instanci.
Například třída Integer ze standardní knihovny má předdefinované instance pro hodnoty -128 až 127. Pokud použiji konstruktor, vždy vytvořím novou instanci. Pokud však použiji tovární metodu valueOf(), získám pro malé hodnoty odkaz na již existující instanci. Je to rychlejší a šetřím paměť.
Charakteristika Simple Factory Method a rozdíly oproti konstruktoru:
- Statická metoda, která vrací instanci zadané třídy (včetně instancí potomků)
- Vytváří novou instanci, nebo vrací odkaz na již existující
- Může vracet instance různých typů (potomky)
- Větší svoboda v definici (volání přetížené verze konstruktoru musí být prvním příkazem těla konstruktoru)
- Metoda může mít libovolné jméno
Konvence pro názvy továrních metod:
- getInstance
- valueOf
- getFooBar
public abstract class Human {
private static int index = 0;
public static Human getHuman() {
switch (index++ % 3) {
case 0: return new LazyHuman();
case 1: return new BriskHuman();
case 2: return new WorkoholicHuman();
default: throw new RuntimeException("Invalid maximum");
}
}
public abstract void wakeUp();
public abstract void work();
public abstract void sleep();
private static class LazyHuman extends Human {
public void wakeUp() { System.out.println("Waking up slowly"); }
public void work() { System.out.println("Working slowly"); }
public void sleep() { System.out.println("Sleeping deeply"); }
}
private static class BriskHuman extends Human {
public void wakeUp() { System.out.println("Waking up briskly"); }
public void work() { System.out.println("Working briskly"); }
public void sleep() { System.out.println("Sleeping normally"); }
}
private static class WorkoholicHuman extends Human {
public void wakeUp() { System.out.println("Waking up quickly"); }
public void work() { System.out.println("Working a lot"); }
public void sleep() { System.out.println("Sleeping shortly"); }
}
public static void test() {
for (int i=1; i<=3; i++) {
Human h = getHuman();
System.out.println("\nNew human: " + h.getClass().getSimpleName());
h.wakeUp();
h.work();
h.sleep();
}
}
}Primitivní datový typ - instance se v parametrech metod předávají hodnotou.
Objektový datový typ - instance se v parametrech metod předávají odkazem.
Hodnotový objektový typ - slouží k uchovávání hodnot. Mají definovánu vlastní verzi metody equals(Object). Hodnotové datové typy se doporučuje definovat jako neměnné (viz níže). Příklady: java.lang.String, java.io.File, java.awt.Point.
- Neměnný (immutable) hodnotový objektový typ - hodnota uchovávaná v instanci nelze změnit. Instance se chovají stejně jako hodnoty primitivních datových typů. Jakmile do nich uložíme odkaz na hodnotu, vždy bude odkazovat pouze na tuto hodnotu. Neměnné typy jsou vláknově bezpečné. Všechny atributy, které určují hodnotu objektu, by měly být definovány jako konstantní (final). Je nutné zapouzdřit odkazy na měnitelné objekty uvnitř neměnného objektového typu (zkopírovat, aby se měnitelný objekt stal neměnným). Metody nesmí modifikovat hodnotu, ale musí vracet nový objekt. Třída typu by měla být definována jako konečná (final). Příklady: obalové typy, String, File.
- Proměnný (mutable) hodnotový objektový typ - hodnota uchovávaná v instanci se může kdykoliv změnit. Instance nemohou vytvářet množiny, nelze je používat jako klíče běžných map a nelze s nimi provádět některé další operace. Příklady: Point.
Referenční objektový typ - jejich hodnotou je instance sama. Metoda equals(Object) prohlásí dvě instance za ekvivalentní, jedná-li se o jednu a touž instanci. Vlastnosti instance se můžou v průběhu času měnit.
Využívá se pro sloučení několika samostatných informací do jednoho objektu, pomocí nějž lze informace ukládat nebo přenášet mezi metodami. Hlavním účelem je jednoduchý přenos hodnot od zdroje k příjemci.
Tento vzor se hodí, pokud je potřeba vrátit z metody více než jednu hodnotu. Java neumožňuje, narozdíl např. od C++, vracet data z metody pomocí vstupních parametrů předávaných odkazem. Odkaz na objekt se v Javě předává hodnotou, takže metoda nemůže v parametru vrátit jiný odkaz než ten, jejž obdržela.
Atributy v přepravce se většinou deklarují jako veřejné kvůli přehlednosti, protože hlavním cílem je pouze jednoúčelově přenést hodnoty. Jakmile se data zpracují, přepravka se zahodí. Některé přepravky mají definovány i doplňkové metody, ale není to příliš doporučováno, protože to narušuje soudržnost.
Další využití je, chceme-li v rámci třídy uložit skupinu informací do soukromého kontejneru. Přepravka se pak definuje jako soukromá vnořená nebo vnitřní třída dané třídy.
Používá se pokud chceme skupině tříd nabídnout nějakou funkčnost, aniž bychom zabudovávali reakci na příslušnou zprávu do každé z nich. Služebník je třída, jejíž instance poskytují metody, které si vezmou potřebnou činnost na starost, přičemž objekty, pro něž danou činnost vykonávají, přebírají jako parametry.
Cílem služebníka je přidat skupině tříd nějakou dovednost a zároveň zabránit zbytečnému opakování stejného kódu.
Implementace:
- Služebník definuje metody, ve kterých se předává obsluhovaná instance jako parametr
- Definujeme interface, v němž deklarujeme požadované vlastnosti obsluhované instance
- Obsluhovaná instance musí implementovat tento interface
Pokud potřebuje instance vykonat nějakou akci, zavolá se metoda služebníka, předá se jí instance jako parametr a služebník danou akci obslouží. Existují dvě různé implementace, které se liší podle toho, zda metodu služebníka volá přímo obsluhovaná instance, anebo ta instance, která po služebníkovi žádá službu a obsluhovanou instanci mu předává jako parametr.
Prázdný objekt je plnohodnotný objekt, který se používá v situaci, kdy prázdný ukazatel null přináší nějaké problémy, např. neustálé testování prázdnosti odkazu.
Díky tomuto objektu není nutné testovat nullovost a nehrozí vyvolání výjimky NullPointerException. Předejdeme též opakování obdobného kódu, protože kód, který by se měl provádět v případě, že je odkaz prázdný, přesuneme do definice prázdného objektu.
Prázdný objekt se definuje jako potomek dané třídy neprázdných objektů a překrývá metody, před jejichž voláním je třeba testovat prázdnost odkazu. Třída prázdného objektu musí mít pouze jedinou instanci, takže se definuje jako Singleton.
Knihovní třída slouží jako obálka pro soubor statických metod. Je vhodné zamezit třídě vytváření instancí.
Knihovní třída se deklaruje jako konečná (final) s privátním bezparametrickým konstruktorem a prázdným tělem.