Паттерны проектирования - это проверенные решения для типовых задач в программировании. Они помогают экономить время при разработке, минимизировать количество ошибок и улучшить взаимопонимание между разработчиками.

Паттерны проектирования можно разделить на три основных типа:

1. Порождающиепаттерны - они связаны с созданием объектов. Примеры включают Abstract Factory (Абстрактная фабрика), Builder (Строитель), Factory Method (Фабричный метод), Prototype (Прототип), Singleton (Одиночка).

Порождающие паттерны проектирования связаны с процессом создания объектов. Они позволяют сделать систему независимой от способа создания, композиции и представления объектов. Вот подробнее о каждом из них:

1. Abstract Factory (Абстрактная фабрика): Этот паттерн предоставляет интерфейс для создания семейств взаимосвязанных объектов без указания их конкретных классов.
2. Builder (Строитель): Паттерн Строитель используется для создания сложного объекта шаг за шагом. Он предоставляет гибкий подход к декомпозиции процесса создания объекта.
3. Factory Method (Фабричный метод): Этот паттерн предоставляет интерфейс для создания объектов в суперклассе, позволяя подклассам изменять тип создаваемых объектов.
4. Prototype (Прототип): Паттерн Прототип используется, когда создание нового экземпляра класса является затратной операцией. Вместо создания дорогостоящего объекта, вы можете клонировать его.
5. Singleton (Одиночка): Паттерн Одиночка гарантирует, что класс имеет только один экземпляр, и предоставляет глобальную точку доступа к этому экземпляру.
6. Структурные паттерны- они связаны с композицией объектов. Примеры включают Adapter (Адаптер), Bridge (Мост), Composite (Компоновщик), Decorator (Декоратор), Facade (Фасад), Flyweight (Приспособленец), Proxy (Заместитель).

Структурные паттерны проектирования связаны с композицией объектов или тем, как сущности могут использовать друг друга. Вот подробнее о каждом из них:

1. Adapter (Адаптер): Этот паттерн преобразует интерфейс одного класса в интерфейс другого, который ожидают клиенты. Адаптер позволяет классам работать вместе, что иначе было бы невозможно из-за несовместимости интерфейсов.
2. Bridge (Мост): Этот паттерн разделяет абстракцию и реализацию так, чтобы они могли изменяться независимо. Это обеспечивает гибкость и позволяет скрыть детали реализации от клиента.
3. Composite (Компоновщик): Этот паттерн позволяет клиентам обрабатывать отдельные объекты и композиции объектов одинаково. Компоновщик может упростить архитектуру клиента, делая дерево объектов прозрачным для клиента.
4. Decorator (Декоратор): Этот паттерн позволяет добавлять новые обязанности объектам динамически. Декораторы предоставляют гибкую альтернативу наследованию для расширения функциональности.
5. Facade (Фасад): Этот паттерн предоставляет упрощенный интерфейс к сложной системе подсистем. Фасад может обеспечить упрощенный интерфейс к большому коду библиотеки или группе подсистем.
6. Flyweight (Приспособленец): Этот паттерн используется для минимизации использования памяти или вычислительных затрат путем разделения, как это возможно, данных или состояния среди большого количества объектов.
7. Proxy (Заместитель): Этот паттерн предоставляет заместителя или заменителя для другого объекта для контроля доступа к нему.
8. Поведенческие паттерны- они связаны с распределением обязанностей между объектами. Примеры включают Chain of responsibility (Цепочка обязанностей).

Поведенческие паттерны проектирования связаны с распределением обязанностей между объектами и определяют алгоритмы и способы реализации взаимодействия различных объектов и классов. Они помогают организовать более гибкую и расширяемую архитектуру. Вот подробнее о "Цепочке обязанностей" и других поведенческих паттернах:

1. Chain of Responsibility (Цепочка обязанностей): Этот паттерн избегает связывания отправителя запроса с его получателем, давая шанс обработать запрос более чем одному объекту. Связывает объекты-получатели в цепочку и передает запрос вдоль этой цепи, пока объект не обработает его.
2. Command (Команда): Этот паттерн инкапсулирует запрос в виде объекта, тем самым позволяя параметризовать клиентов с очередями, запросами и операциями.
3. Interpreter (Интерпретатор): Данный паттерн предоставляет способ определения грамматики простого языка для представления заданных проблем, а также интерпретатор предложений этого языка.
4. Iterator (Итератор): Этот паттерн предоставляет способ последовательного доступа ко всем элементам составного объекта, не раскрывая его внутреннего представления.
5. Mediator (Посредник): Паттерн определяет объект, который инкапсулирует взаимодействие набора объектов. Посредник способствует слабой связанности, предотвращая обращение объектов друг к другу явно, и это позволяет независимо изменять их взаимодействие.
6. Memento (Хранитель): Этот паттерн захватывает и внешне скрывает сохранение внутреннего состояния объекта так, чтобы впоследствии объект мог быть восстановлен в это состояние без нарушения инкапсуляции.
7. Observer (Наблюдатель): Паттерн определяет зависимость типа "один ко многим" между объектами таким образом, что при изменении состояния одного объекта все его зависимые объекты уведомляются и обновляются автоматически.
8. State (Состояние): Этот паттерн позволяет объекту изменять свое поведение при изменении своего внутреннего состояния. Кажется, что объект меняет свой класс.
9. Strategy (Стратегия): Паттерн определяет семейство алгоритмов, инкапсулирует каждый из них и делает их взаимозаменяемыми. Стратегия позволяет алгоритму изменяться независимо от клиентов, которые его используют.
10. Template Method (Шаблонный метод): Этот паттерн определяет скелет алгоритма в методе, откладывая некоторые шаги на подклассы. Шаблонный метод позволяет подклассам переопределять определенные шаги алгоритма без изменения его структуры.
11. Visitor (Посетитель): Этот паттерн представляет операцию, которую нужно выполнить над элементами структуры объектов. Посетитель позволяет определить новую операцию, не изменяя классы элементов, над которыми она выполняется.

Применение паттернов проектирования в разработке может значительно улучшить надежность и устойчивость к ошибкам, поскольку они представляют собой проверенные временем и сообществом разработчиков решения. Они также способствуют более быстрой и эффективной разработке, улучшают читаемость кода и облегчают коммуникацию между разработчиками.

В дополнение к порождающим, структурным и поведенческим паттернам, существуют и другие типы паттернов проектирования:

1. Архитектурные паттерны - они определяют структуру системы на более высоком уровне, чем классы и объекты. Они могут включать в себя паттерны, такие как MVC (Model-View-Controller), MVP (Model-View-Presenter) и MVVM (Model-View-ViewModel).
2. Идиомы - это низкоуровневые паттерны, которые часто специфичны для конкретного языка программирования.
3. Паттерны Enterprise Application Architecture - это паттерны, которые решают проблемы, связанные с разработкой корпоративных приложений.
4. Паттерны конкурентного программирования - они решают проблемы, связанные с многопоточностью и параллельным программированием.
5. Паттерны интеграции - они решают проблемы, связанные с интеграцией различных систем и сервисов.
6. Паттерны рефакторинга - они предлагают методы для улучшения структуры существующего кода без изменения его поведения.

Выбор подходящего паттерна проектирования может быть сложной задачей, особенно для новичков. Вот несколько шагов, которые могут помочь в этом процессе:

1. Выделите сущности, которые используются в процессе.
2. Продумайте связи между ними.
3. Абстрагируйте получившуюся систему от конкретной задачи.
4. Посмотрите, не подходит ли проблема по смыслу на что-то, для чего есть паттерн.
5. Выберите несколько паттернов из нужной группы и посмотрите, какой подходит лучше.
6. Продумайте конкретную реализацию этого паттерна с учетом особенностей задачи.

Рассмотрим пример использования паттерна проектирования "Наблюдатель" (Observer) в системах безопасности².

Представьте систему безопасности здания. В этой системе есть датчики движения, которые активируются при обнаружении движения. Эти датчики можно рассматривать как "издатели" в паттерне "Наблюдатель".

Теперь представьте, что у нас есть несколько различных компонентов системы безопасности, которые должны реагировать на активацию датчиков движения. Это могут быть компоненты, такие как система оповещения, которая подает звуковой сигнал; система видеонаблюдения, которая начинает запись; и система уведомлений, которая отправляет уведомления охране. Эти компоненты можно рассматривать как "подписчиков" в паттерне "Наблюдатель".

Когда датчик движения активируется, он уведомляет всех своих "подписчиков" (т.е. систему оповещения, систему видеонаблюдения и систему уведомлений). Затем каждый из этих "подписчиков" реагирует на это уведомление соответствующим образом - подачей звукового сигнала, началом записи или отправкой уведомления охране.

Таким образом, паттерн "Наблюдатель" позволяет нам создать гибкую и надежную систему безопасности, в которой различные компоненты могут легко и независимо реагировать на события в системе. Это только один из многих примеров того, как паттерны проектирования могут быть использованы для улучшения надежности и эффективности систем.

Автор статьи: Артур Шеремет