Die Liste der Design-Pattern bietet bewährte Lösungen für häufig auftretende Probleme in der Softwareentwicklung. Sie bieten Entwicklern strukturierte, wieder verwendbare und getestete Lösungsansätze, die in verschiedenen Softwareprojekten verwendet werden können. Es gibt viele Design-Patterns, die nach der Gang of Four (Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, und John Vlissides) in drei Hauptkategorien unterteilt werden: Erzeugungsmuster (Creational Patterns), Strukturmuster (Structural Patterns) und Verhaltensmuster (Behavioral Patterns). Zusätzlich wurden noch weitere Design-Pattern entwickelt: Gleichzeitigkeitsmuster (Concurrency Patterns), Architekturmuster (Architectural Patterns) und Sonstige Muster (Other Patterns). Hier ist eine Liste der Design-Pattern zusammen mit einer kurzen Beschreibung jedes Musters:
1. Erzeugungsmuster (Creational Patterns)
Diese Muster befassen sich mit der Instanziierung von Objekten und der Verwaltung der Objekterstellung.
1.1 Singleton
- Beschreibung: Das Singleton-Muster stellt sicher, dass eine Klasse nur eine einzige Instanz hat und bietet einen globalen Zugriffspunkt auf diese Instanz. Es wird oft in Szenarien verwendet, in denen genau eine Instanz eines Objekts benötigt wird, z. B. bei Konfigurationen oder bei einer Datenbankverbindung.
1.2 Factory Method
- Beschreibung: Die Factory Method ermöglicht es einer Klasse, Objekte zu erstellen, ohne den genauen Typ des zu erzeugenden Objekts zu kennen. Stattdessen wird eine abstrakte Methode verwendet, um die Instanz zu erzeugen. Dies fördert die Flexibilität und erleichtert das Erweitern des Systems.
1.3 Abstract Factory
- Beschreibung: Die Abstract Factory erweitert das Factory Method-Muster, indem sie eine Schnittstelle bietet, mit der verwandte Objekte (in einer Familie von Produkten) erstellt werden können. Es wird verwendet, wenn das System aus einer Familie von verwandten Produkten besteht und man diese Produkte ohne deren genaue Klasse zu kennen erstellen möchte.
1.4 Builder
- Beschreibung: Das Builder-Muster trennt den Konstruktionsprozess eines komplexen Objekts von seiner Repräsentation. Es ermöglicht die schrittweise Erzeugung eines Objekts, das viele mögliche Varianten haben kann. Dies wird häufig in der Konstruktion von komplexen Objekten mit vielen Parametern verwendet.
1.5 Prototype
- Beschreibung: Das Prototype-Muster ermöglicht es, neue Objekte durch das Kopieren eines vorhandenen Objekts (Prototyps) zu erstellen, anstatt sie von Grund auf neu zu erstellen. Es ist nützlich, wenn das Erstellen neuer Instanzen teuer oder komplex ist und ein Objekt nur geringfügig modifiziert werden muss.
2. Strukturmuster (Structural Patterns)
Diese Muster konzentrieren sich auf die Komposition von Klassen und Objekten und die Schaffung von Beziehungen zwischen ihnen.
2.1 Adapter
- Beschreibung: Das Adapter-Muster ermöglicht es, zwei inkompatible Schnittstellen miteinander zu verbinden. Ein Adapter übersetzt eine Schnittstelle in eine andere, sodass Klassen, die ursprünglich nicht zusammenarbeiten konnten, dennoch kommunizieren können. Ein typisches Beispiel ist das Anpassen eines alten Systems an ein neues.
2.2 Bridge
- Beschreibung: Das Bridge-Muster trennt eine abstrakte Klasse von ihrer Implementierung, sodass beide unabhängig voneinander entwickelt und verändert werden können. Es wird verwendet, um die Entkopplung zwischen Abstraktion und Implementierung zu gewährleisten und die Komplexität zu reduzieren.
2.3 Composite
- Beschreibung: Das Composite-Muster erlaubt es, einzelne Objekte und deren Zusammensetzungen auf die gleiche Weise zu behandeln. Es wird verwendet, um hierarchische Baumstrukturen zu erstellen, wie zum Beispiel in grafischen Benutzeroberflächen, in denen sowohl einfache als auch komplexe Objekte als einzelne Einheiten behandelt werden.
2.4 Decorator
- Beschreibung: Das Decorator-Muster fügt einem Objekt dynamisch neue Funktionen hinzu, ohne seine Struktur zu verändern. Dies wird häufig verwendet, um zusätzliche Funktionalitäten zu einem Objekt hinzuzufügen, ohne es zu vererben oder zu ändern.
2.5 Facade
- Beschreibung: Das Facade-Muster bietet eine vereinfachte Schnittstelle zu einem komplexen System. Es verbirgt die Komplexität des Systems und macht es für den Benutzer einfacher, auf die benötigten Funktionen zuzugreifen. Es wird oft verwendet, um ein komplexes Subsystem zu vereinfachen und den Einstieg zu erleichtern.
2.6 Flyweight
- Beschreibung: Das Flyweight-Muster wird verwendet, um Objekte zu teilen, die in großer Anzahl existieren und ähnliche Daten oder Zustände haben. Es hilft dabei, Speicherplatz zu sparen, indem nur eine einzige Instanz eines Objekts für mehrere Verwendungen erstellt wird.
2.7 Proxy
- Beschreibung: Das Proxy-Muster stellt ein Objekt dar, das für ein anderes Objekt agiert. Ein Proxy kann als Platzhalter dienen, um den Zugriff auf das tatsächliche Objekt zu kontrollieren. Es wird oft verwendet, um Zugriffsrechte zu regeln, Objekte zu cachieren oder teure Operationen zu verzögern.
3. Verhaltensmuster (Behavioral Patterns)
Dieser Teil der Liste der Design-Pattern / Muster befasst sich mit der Interaktion und Kommunikation zwischen Objekten und der Zuweisung von Verantwortlichkeiten.
3.1 Chain of Responsibility
- Beschreibung: Das Chain of Responsibility-Muster ermöglicht es, Anfragen entlang einer Kette von Handlern weiterzugeben. Jeder Handler kann die Anfrage verarbeiten oder an den nächsten Handler in der Kette weitergeben. Dieses Muster wird häufig verwendet, um das Verhalten in Ereignis- oder Fehlerbehandlungssystemen zu steuern.
3.2 Command
- Beschreibung: Das Command-Muster kapselt eine Anfrage als ein Objekt und ermöglicht so eine flexible Behandlung von Anfragen, etwa durch Rückgängigmachen oder Protokollieren. Es trennt den Aufrufer einer Funktion von der Ausführung der Funktion selbst.
3.3 Interpreter
- Beschreibung: Das Interpreter-Muster definiert eine Grammatik für eine Sprache und stellt ein Interpreter-Objekt zur Verfügung, das Eingaben in diese Sprache verarbeitet. Es wird oft in Szenarien verwendet, bei denen textbasierte oder symbolische Daten interpretiert werden müssen.
3.4 Iterator
- Beschreibung: Das Iterator-Muster stellt eine Möglichkeit bereit, Elemente einer Sammlung zu durchlaufen, ohne die interne Struktur der Sammlung preiszugeben. Es wird verwendet, um durch Datenstrukturen zu iterieren und dabei eine konsistente Schnittstelle zu bieten.
3.5 Mediator
- Beschreibung: Das Mediator-Muster fördert die Kommunikation zwischen Objekten über einen zentralen Vermittler, anstatt dass jedes Objekt direkt mit jedem anderen kommuniziert. Es reduziert die Kopplung zwischen den Objekten und macht das System flexibler und wartbarer.
3.6 Memento
- Beschreibung: Das Memento-Muster speichert den Zustand eines Objekts, ohne dessen interne Struktur zu enthüllen. Es ermöglicht das Rückgängigmachen von Änderungen und das Wiederherstellen des ursprünglichen Zustands eines Objekts. Ein häufiges Beispiel ist das Undo/Redo-System in Anwendungen.
3.7 Observer
- Beschreibung: Das Observer-Muster ermöglicht es einem Objekt, andere Objekte zu benachrichtigen, wenn sich sein Zustand ändert. Es wird häufig in ereignisgesteuerten Systemen verwendet, z. B. in Benutzerschnittstellen, bei denen mehrere Komponenten auf Änderungen in einem zentralen Objekt reagieren müssen.
3.8 State
- Beschreibung: Das State-Muster ermöglicht es einem Objekt, sein Verhalten zu ändern, wenn sich sein interner Zustand ändert. Es verhält sich dann so, als ob es ein anderes Objekt wäre. Dieses Muster wird verwendet, um Zustandsautomaten zu implementieren, z. B. in der Benutzeroberfläche oder in Geschäftsprozessen.
3.9 Strategy
- Beschreibung: Das Strategy-Muster ermöglicht es, ein Algorithmus oder eine Strategie zur Laufzeit auszutauschen. Es wird verwendet, wenn mehrere Algorithmen für eine Aufgabe existieren und der beste Algorithmus je nach Situation ausgewählt werden soll.
3.10 Template Method
- Beschreibung: Das Template Method-Muster definiert das Grundgerüst eines Algorithmus, wobei bestimmte Schritte an Unterklassen delegiert werden. Es wird verwendet, wenn ein Algorithmus standardisiert ist, aber einige Schritte durch spezifische Implementierungen ersetzt werden müssen.
3.11 Visitor
- Beschreibung: Das Visitor-Muster erlaubt es, neue Funktionen hinzuzufügen, ohne die Klassenstruktur zu ändern. Es ermöglicht es einem Objekt, ein anderes Objekt zu „besuchen“ und Operationen auf ihm durchzuführen, ohne dass das erste Objekt dessen Struktur kennt.
4. Gleichzeitigkeitsmuster (Concurrency Patterns)
4.1 Active object
4.2 Balking
4.3 Binding properties
4.4 Double-checked locking
4.5 Event-based asynchronous
4.6 Guarded suspension
4.7 Join
4.8 Lock
4.9 Monitor
4.10 Proactor
4.11 Reactor
4.12 Read–write lock
4.13 Scheduler
4.14 Scheduled-task pattern
4.15 Semaphore
4.16 Thread pool
4.17 Thread-local storage
5. Architekturmuster (Architectural Patterns)
5.1 Front controller
5.2 Interceptor
5.3 MVC (MVP,MVVM)
5.4 ADR
5.5 ECS
5.6 n-tier
5.7 Specification
5.8 Publish–subscribe
5.9 Naked objects
5.10 Service locator
5.11 Active record
5.12 Identity map
5.13 Data access object
5.14 Data transfer object
5.15 Inversion of control
5.16 Model 2
5.17 Broker
6. Sonstige Muster (Other Patterns)
6.1 Blackboard
6.2 Business delegate
6.3 Composite entity
6.4 Dependency injection
6.5 Intercepting filter
6.6 Lazy loading
6.7 Mock object
6.8 Null object
6.9 Object pool
6.10 Servant
6.11 Twin
6.12 Type tunnel
6.13 Method chaining
6.14 Delegation
Fazit
Diese vollständige Liste der Design-Pattern stellen ein mächtiges Werkzeug dar, um häufige Probleme in der Softwareentwicklung auf elegante und wartbare Weise zu lösen. Sie bieten nicht nur Lösungen für technische Herausforderungen, sondern fördern auch beständige Architekturentscheidungen und sauberen, modularen Code. Das Verständnis der verschiedenen Design-Patterns und ihrer Anwendung ist ein unverzichtbares Wissen für jeden Softwareentwickler, der skalierbare und wartbare Systeme entwerfen möchte.