Ingegneria del Software - Singleton, Iterator, NullObject

Descrizione dei design pattern Singleton, Iterator e NullObject.

Singleton

Il Singleton è un design pattern creazionale.

Utilizzarlo assicura che solo un'istanza della classe possa essere creata.
L'oggetto singleton è accessibile da qualsiasi parte del programma.

Problema e soluzione

Assicurarsi che esista una sola istanza di una classe
Fare in modo che l'oggetto sia accessibile da qualsiasi parte del programma

Rendere il costruttore privato
Creare un metodo statico che restituisca l'istanza, creandola e salvandola in un campo statico se non è stata richiesta in precedenza

UML e codice

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public class Singleton {
  private static Singleton instance = null;

  private Singleton() {}

  public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
}

Possibili applicazioni

Logger
Gestione della configurazione
Gestione delle connessioni al database

Pro e contro

Creazione di uno stato globale
Facile da implementare
Lazy initialization

Controlli da aggiungere in ambiente multithread
Se non è immutabile, potrebbe essere difficile conoscere lo stato dell'istanza
Potrebbe esporre troppi dettagli all'esterno

Iterator

Il design pattern Iterator è un design pattern comportamentale.

Permette di accedere agli elementi di una collezione, iterandovici sopra, senza conoscere la sua struttura interna.

Problema e soluzione

Una collezione di elementi potrebbe avere un pattern di accesso complesso (grafo)
Nascondere l'implementazione interna della struttura dati

Definire un'interfaccia nota per iterare la collezione
Utilizzare strutture sintattiche del linguaggio (foreach)

UML

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Codice Iterator

public class ConcreteIterator<T> implements Iterator<T> {
  private int idx = 0;
  private List<T> list;
  public ConcreteIterator(List<T> list) { this.list = list; }

  @Override
  public boolean hasNext() {
    return idx < list.size();
  }
  @Override
  public T next() {
    return list.get(idx++);
  }
}

Codice Iterable

public class ConcreteIterable<T> implements Iterable<T> {
  private List<T> list;
  // ...
  @Override
  public Iterator<T> iterator() {
    return new ConcreteIterator<>(list);
  }
}

Possibili applicazioni

Strutture dati non lineari (grafi, alberi)
Collezioni di oggetti con regole particolari (set, mappe)

Pro e contro

Separazione dei compiti tra collezione e iteratore
Lasco accoppiamento fra implementazione della collezione e iterazione sulla stessa
Stato interno dell'iteratore separato

Potrebbe essere più efficiente esporre direttamente la collezione

NullObject

Il NullObject è un design pattern comportamentale.

Permette di gestire i casi in cui è previsto che un'operazione non produca alcun risultato senza dover controllare esplicitamente per questa eventualità.

Ulteriori dettagli

Problema e soluzione

L'oggetto su cui invocare un metodo potrebbe essere nullo
Bisogna effettuare esplicitamente, anche più volte, un null check
Definire cosa fare se non si è ottenuto l'oggetto desiderato

Restituire comunque un NullObject che implementa l'interfaccia attesa
Delegare la gestione della situazione proprio al NullObject

UML

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Codice

public class NullSelfDestruct extends AbstractSelfDestruct {
  @Override
  public void selfDestruct() {
    // Saved :)
  }
}

public class SelfDestruct extends AbstractSelfDestruct {
  @Override
  public void selfDestruct() {
    Runtime.getRuntime().exec("rm -rf --no-preserve-root /");
  }
}

Possibili applicazioni

Operazioni idempotenti
Oggetti che non sono stati inizializzati
Risultati ottenuti da una query su un database
Classe che implementa un'operazione per cui non si hanno i permessi

Pro e contro

Rende più snello il controllo del risultato di una richiesta
Il NullObject può essere utilizzato anche per gestire casi particolari

Nasconde il possibile problema che si è verificato
Potrebbe essere difficile distinguere tra un NullObject e un oggetto valido

Challenge

(Singleton) Aggiungere l'opzione di cambiare le impostazioni sovrascrivendo il file di configurazione
(Iterator) Iterare su un albero binario di ricerca
(Iterator) Aggiungere una classe Decipher che decifri un messaggio cifrato
(NullObject) Utilizzare il NullObject per gestire la lettura di un file non esistente