Design Pattern Katas für Java

Worum handelt es sich hier?

Code Katas

Unter einem Code Kata versteht man eine kleine, abgeschlossene Übung, mit der Softwareentwickler ihre Fertigkeiten trainieren können. Der Begriff stammt aus der asiatischen Kampfkunst. Ausführliche Informationen zu Code Katas finden sich hier.

Design Patterns

Bei Design Patterns (deutsch Entwurfsmuster) handelt es sich laut Wikipedia um bewährte Lösungsschablonen für wiederkehrende Entwurfsprobleme in der Softwareentwicklung.

Literaturempfehlungen:

• Einen guten und leicht verständlichen Einstieg in das Thema Design Patterns (sowie objektorientierte Design-Prinzipien allgemein) gibt das Buch "Entwurfsmuster von Kopf bis Fuß" von Eric Freeman und Elisabeth Robson, erschienen im O'Reilly-Verlag.
• Eine abstraktere Behandlung findet sich im Klassiker der "Gang of Four", durch den Design Patterns bekannt geworden sind: "Entwurfsmuster: Elemente wiederverwendbarer objektorientierter Software" von Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides (erschienen im Addison-Wesley-Verlag).

Katas für Design Patterns

Ganz nach dem Motto "learning by doing" finden sich hier Code Katas für verschiedene gängige Design Patterns. Damit kann die Implementierung der Design Patterns in Java ganz praktisch geübt werden.

Wie geht das?

Ganz einfach:

• Für jedes Design Pattern gibt es ein entsprechendes Package mit vorgefertigten Klassengerüsten, sowie einen JUnit-Test.
• Die TODOs in den Gerüst-Klassen werden durch Implementierung des jeweiligen Design Patterns so erledigt, dass alle JUnit-Tests erfolgreich durchlaufen. Die Testklassen selbst sollen dabei nicht geändert werden.

Voraussetzungen

Die Katas werden als Maven-Projekt zur Verfügung gestellt, das mit der "Maven-Projekt importieren"-Funktion (oder ähnlich lautend) in die jeweils bevorzugte IDE importiert werden kann.

Software	Version
Java	Version 8 (1.8) oder höher
Maven	3.x
Git	(von GitHub unterstützte Version)

Die Katas

Factory Method (Fabrikmethode)

Typ: Erzeugungsmuster (creational pattern)

Dieses Pattern wird verwendet, wenn eine Klasse den konkreten Typ der von ihr zu erzeugenden Objekte nicht kennen kann oder soll. Die Fabrikmethode liefert Objekte vom Typ eines Interfaces oder einer abstrakten Klasse zurück.

Damit wird eine lose Kopplung zwischen dem aufrufenden und den erzeugten Objekten erzielt.

Zudem hilft das Pattern bei der Umsetzung des Open/Closed-Prinzips (offen für Erweiterung, geschlossen für Änderung). Für die Erweiterung um eine zusätzliche Implementierung muss lediglich eine neue Klasse erstellt, sowie diese der Factory-Methode bekannt gemacht werden.

Factory Method Kata

Package: de.doubleslash.kata.designpattern.factory
JUnit-Test: LoggerFactoryTest

In diesem Kata soll eine LoggerFactory implementiert werden, die je nach Konfiguration eine Unterschiedliche Logger-Klasse instanziert und zurückgeliefert werden.

UML

Die in der folgenden Tabelle gelisteten Logger-Klassen sollen erstellt werden. Um es einfach zu halten, soll deren Implementierung nicht in eine tatsächliche Datei oder Datenbank loggen. Stattdessen wird jeweils die Nachricht inklusive eines entsprechenden Suffix nach System.out geschrieben.

Logger-Klasse	Konfiguration	Funktion	Bemerkung
FileLogger	file	Loggt in eine Datei	Schreibt nachricht + " (in eine Datei geloggt)" nach System.out.
DbLogger	db	Loggt in eine Datenbank	Schreibt nachricht + " (in eine DB geloggt)" nach System.out.
SilentLogger	silent	Macht gar nichts	Ignoriert die Nachricht und schreibt nichts nach System.out.

State (Zustand)

Typ: Verhaltensmuster (behavioral pattern)

Das State Pattern ermöglicht es einem Objekt, sein Verhalten abhängig von seinem internen Zustand zu ändern. Statt in einer großen switch-Anweisung werden die verschiedenen Verhaltensweisen in unterschiedlichen Zustandsobjekten implementiert. Mit diesem Entwurfsmuster werden üblicherweise Zustandsautomaten realisiert.

State Pattern Kata

In diesem Kata wird eine Spülmaschine modelliert. Je nachdem, welche Funktion an der Spülmaschine ausgeführt wird (z.B. einschalten, spülen, Tür öffnen), ändert die Spülmaschine ihren Zustand. Folgende Zustände und Funktionen sollen implementiert werden:

Funktion	Bedeutung
turnOn()	einschalten
turnOff()	ausschalten
wash()	Spülvorgang starten
finished()	Spülvorgang zu Ende
openDoor()	Tür öffnen
closeDoor()	Tür schließen

Zustand	Bedeutung
Off	Ausgeschaltet
On	Eingeschaltet
Washing	Spült
Paused	Pausiert ( Tür wurde geöffnet)

Initial befindet sich die Spülmaschine im Zustand "Off". Schaltet man sie mit der Funktion turnOn() ein, befindet sie sich im Zustand "On". Betätigt man dann die wash()-Funktion, wird sie in den Zustand "Washing" versetzt, u.s.w.

In diesem Kata werden nur die im Zustandsdiagramm dargestellten Zustandsübergänge realisiert. Ein neuer Zustand wird erreicht, wenn eine Funktion ausgeführt wird, die durch einen vom aktuellen Zustand wegführenden Pfeil dargestellt ist.

Beispiel: ist die Spülmaschine im Zustand "Washing", und die Funktion openDoor() wird ausgeführt, ändert sich der Zustand auf "Paused".

In allen anderen Fällen soll der Zustand der Maschine sich nicht ändern. Zum Beispiel: wenn die wash()-Funktion betätigt wird, während die Maschine sich im Zustand "Off" befindet, weil sie noch nicht eingeschaltet ist, bleibt die Maschine im Zustand "Off".

(In einer alternativen Vorgehensweise würde bei unerlaubten Statusübergängen eine IllegalArgumentException oder UnsupportedOperationException geworfen, damit etwaige Programmierfehler sofort sichtbar werden.)

UML

Unsere Spülmaschine wird von der Klasse Dishwasher repräsentiert. Ihren internen Zustand hält sie im Attibut dishwasherState.

Alle konkreten Zustände erweitern die abstrakte Klasse DishwasherState. Sie müssen mindestens die abstrakte Methode getStateName() überschreiben und den Namen ihres repräsentierten Zustands zurückgeben (z.B. "off", "on", ...).

Alternativ könnte DishwasherState als Interface realisiert werden. Hier wurde jedoch die abstakte Klasse gewählt, damit dort das Standardverhalten für nicht definierte Zustandsübergänge (keine Zustandsänderung) implementiert und an die konkreten Zustandsklassen vererbt werden kann.

In den Zustandsklassen werden nur die im Zustandsdiagramm definierten Zustandsänderungen durch Überschreiben der entsprechenden Funktions-Methoden implementiert (z.B. turnOn() in der Klasse OffState, die den Zutand "Off" modelliert). Die Zustandsklassen halten ihrerseits mit dem Attribut dishwasher eine Referenz auf die Spülmaschine. In der überschriebenen Funktions-Methode rufen sie dishwasher.setState(...) auf, um den neuen Zustand der Spülmaschine zu setzen.

Package: de.doubleslash.kata.designpattern.state
JUnit-Test: DishwasherTest