Entwurfsmuster. Die Entwurfsmuster Observer, State und Singleton am Beispiel einer Digital-Uhr

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1 Entwurfsmuster Die Entwurfsmuster Observer, State und Singleton am Beispiel einer Digital-Uhr

2 Was sind Entwurfsmuster (1) Muster (allg.) sind schematische Lösungen für eine Klasse verwandter Probleme Beschreibung: Name Problem: Motivation, Anwendungsbereich Lösung: Struktur, Bestandteile, Objektinteraktion Diskussion: Vor- und Nachteile, Spezialfälle, bekannte Verwendung Unterscheidung der Entwurfsmuster in Strukturmuster Erzeugungsmuster Verhaltensmuster Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 2

3 Was sind Entwurfsmuster (2) Strukturmuster Komposition von Klassen und Objekten, um größere Strukturen bilden zu können Beispiele: Bridge, Composite, Decorator, Flyweight, Proxy,... Erzeugungsmuster dienen der Erzeugung von Objekten, d.h sie verstecken den Erzeugungsprozess Beispiele: Abstract Factory, Factory Method, Prototype, Singleton,... Verhaltensmuster befassen sich mit der Zuweisung von Zuständigkeiten zu Objekten beschreiben Muster der Interaktion zwischen Objekten oder Klassen Beispiele: Iterator, Memento, Observer, State, Strategy, Visitor, Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 3

4 Das Erzeugungsmuster Singleton(1) Name: Singleton (objektbasiertes Erzeugungsmuster) Problem: Sicherstellung, dass von einer Klasse genau eine Instanz existiert Bereitstellung eines globalen Zugriffspunktes darauf Klasse selbst ist für Verwaltung ihres einzigen Exemplars zuständig Beispiele: PrinterSpooler, FileSystem, WindowManager Lösung: class Singleton { Singleton $ theinstance Singleton() getinstance() : Singleton private static Singleton theinstance; private Singleton() { public static Singleton getinstance() { if (theinstance == null) theinstance = new Singleton(); return theinstance; Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 4

5 Das Erzeugungsmuster Singleton(2) Konsequenzen: Zugriffskontrolle auf das einzige Exemplar Unterklassenbildung möglich, erlaubt Konfiguration eines Programms Å in Java allerdings problematisch: Konstruktor, der nicht private ist, notwendig statische Methoden dürfen nicht überschrieben werden auch mehr als eine Instanz möglich Å Änderung von getinstance() Bekannte Verwendung: java.lang.runtime Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 5

6 Das Verhaltensmuster Observer(1) Name: Observer (objektbasiertes Verhaltensmuster) Problem: mehrere Objekte sind interessiert an bestimmten Zustandsänderungen anderer Objekte Definition einer 1-zu-n-Abhängigkeit zwischen Objekten (Änderung des Zustands eines Objekts Å Benachrichtigung und automatische Aktualisierung aller abhängigen Objekte) Konsistenz aufrecht erhalten Å nicht durch eine enge Kopplung (Wiederverwendbarkeit!) Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 6

7 Das Verhaltensmuster Observer(2) Lösung: Klassendiagramm (Struktur) Observable addobserver(o : Observer) deleteobserver(o : Observer) setchanged() notifyobservers() notifyobservers(arg : Object) +observers * Observer update(o : Observable, arg : Object) Concret esubject subjects tate : Stat e getstate() : State setst ate(stat e : St ate) +subject ConcreteObserver getstate(): return subjectstate; subject. getst ate() Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 7

8 Das Verhaltensmuster Observer(3) Lösung: Sequenzdiagramm : Concrete Subject setstate(state) obs1 : Concrete Observer obs2 : Concret e Observer setchanged( ) notifyobservers( ) update(observable, Object ) getstate( ) update(observable, Object) getst ate( ) Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 8

9 Das Verhaltensmuster Observer(4) Konsequenzen: Subjekte und Beobachter können unabhängig voneinander variiert werden abstrakte/minimale Kopplung zwischen Subjekt und Beobachter Bekannte Verwendung: Graph. Oberflächen ÅModel-View-Controller-Architektur (MVC): Repräsentation auf Benutzeroberfäche VIEW Ereignisse abfangen CONTROLLER <<beobachtet>> <<steuert>> Fachliches Modell MODEL Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 9

10 Das Verhaltensmuster State(1) Name: State (objektbasiertes Verhaltensmuster) Problem: flexible und anpassbare Möglichkeit, das Objektverhalten zu ändern, wenn sich ein interner Zustand geändert hat. Objektverhalten ist abhängig von seinem aktuellen Zustand Lösung: Context currentstate : State request() setstate(state : State) State handle() request(): currentstate.handle() State1 State Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 10

11 Das Verhaltensmuster State(2) Konsequenzen: neue Zustände / Zustandsübergänge einfach hinzuzufügen Logik nicht in if oder switch Anweisungen Å voller Objektstatus Einführung von eigenständigen Objekten für unterschiedliche Zustände macht Übergänge expliziter Implementierung Definition der Zustandsübergänge flexibler, wenn die Zustandsklassen selbst ihren Nachfolgezustand angeben abwägen, ob Zustandsobjekte: nur auf Bedarf erzeugt (danach wieder gelöscht) oder im voraus erzeugt (nie wieder gelöscht) werden sollen Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 11

12 Realisierung einer Digital-Uhr als einfache Swing-Anwendung Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 12

13 Klassendiagramm javax.s wing.jframe ClockFrame update(o : Observable, arg : Object) $ main(args : String[]) initframe() <<Interface>> java.util.observer update(o : Observable, arg : Object) Normal Singleton 0..* 1 Concrete Observer State (Zustand) State1 SettingHours State2 State3 SettingMinutes State4 SettingSeconds State changestate() settime() State Singleton 1 Clock $ theinstance : Clock state : State sec onds : int = 0 minutes : int = 0 hours : i nt = 0 timethread : Thread = null terminate : boolean = false Clock() $ getins tance() : Clock changestate() settime() setstate(newstate : State) setseconds( ) setminutes() sethour s() getseconds() getminutes() gethours() run( ) stop() getthread() Concrete Subject Observer (Beobachter) java.util.observable addobserver(o : Observer) deleteobserver(o : Observer) setchanged() notifyobservers(arg : Object) notifyobservers() <<Interface>> java.lang.runnable Context Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 13

14 Sequenzdiagramm : ClockFrame : Clock changestate( ) settime( ) setchanged( ) notifyobservers( ) update(observable, Object) gets econds( ) getminutes( ) gethours( ) Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 14

15 Zustandsdiagramm (Clock) Active settime / hours += 1 SettingHours settime changestate changes tate settime / minutes += 1 Normal SettingMinutes changestate settime / seconds += 1 changestate SettingSeconds Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 15

16 Implementierung Clock public class Clock extends Observable implements Runnable { private static Clock theinstance = null; private State state = null; private Thread timethread = null; private boolean terminate = false; private int seconds = 0; private int minutes = 0; private int hours = 0; private Clock() { // Starten des Threads für die Zeit state = new Normal(); public static Clock getinstance() { if (theinstance == null) theinstance = new Clock(); return theinstance; public void changestate() { state.changestate(); public void setseconds() { ++seconds; checktime();... public void run() { while (!terminate) { ++seconds; checktime(); try { timethread.sleep(1000); catch (Exception e){ private void checktime() { if (seconds == 60) { ++minutes; seconds = 0; if (minutes == 60) {... if (hours == 24) hours = 0; public void settime() { state.settime(); setchanged(); notifyobservers(); Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 16

17 Implementierung ClockFrame public class ClockFrame extends JFrame implements Observer { public ClockFrame (Observable clock) { initframe(); clock.addobserver(this); public void initframe() {... ActionListener al = new ActionListener() { public void actionperformed(actionevent e) { String s = e.getactioncommand(); if (s.equals("mode")) Clock.getInstance().changeState(); if (s.equals("set")) Clock.getInstance().setTime(); ;... public void update(observable o, Object arg) { int sec = ((Clock)o).getSeconds(); int min = ((Clock)o).getMinutes(); int hrs = ((Clock)o).getHours(); Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 17

18 Implementierung State,... abstract class State { abstract void changestate(); abstract void settime(); class Normal extends State { public void changestate() { Clock.getInstance().setState(new SettingHours()); public void settime(){ class SettingHours extends State {... public void changestate() { Clock.getInstance().setState(new SettingMinutes()); public void settime() { Clock.getInstance().getThread().suspend(); Clock.getInstance().setHours(); Clock.getInstance().getThread().resume(); Entwurfmuster - Singleton, Observer, State 18