docs/DesignPatterns
view detailed-observer.tex @ 32:3d6e01222e28
added content
| author | meillo@marmaro.de |
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| date | Mon, 06 Aug 2007 02:25:32 +0200 |
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line source
1 % @file
2 % @brief Referat DesignPatterns `Observer'
3 % @author markus schnalke <meillo@marmaro.de>
4 % @since 2007-05-30
7 \documentclass[a4paper]{scrartcl}
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17 \pagestyle{scrheadings}
18 \setcounter{tocdepth}{3}
20 \begin{document}
26 %%%% Titlepage %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
27 \begin{titlepage}
28 \title{Observer-Pattern}
29 \author{Markus Schnalke}
30 \date{2007-07-04}
33 \thispagestyle{empty}
36 \begin{flushright}
38 \rule[8cm]{0cm}{0cm}
39 {\Huge Design Pattern\\ \textbf{Observer}}
41 \rule[2cm]{0cm}{0cm}
42 \textsc{Markus Schnalke\\MatNr: 039131}
44 \end{flushright}
48 \rule[7cm]{0cm}{0cm}
50 \textit{Dies ist meine Ausarbeitung zum Design Pattern ``Observer'' im Rahmen der Vorlesung Softwaretechnik im Studiengang Wirtschaftsinformatik an der Hochschule Ulm.}
52 {\tiny Dieses Dokument darf gerne zitiert, kopiert und weitergegeben werden. Ich bitte nur darum meinen Namen und einen Verweis auf meine Website (http://marmaro.de) zu erwähnen --- danke! }
55 \end{titlepage}
60 \tableofcontents
75 %%%% Einleitung %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
76 \newpage
77 \section{Einleitung}
79 Ich möchte im Folgenden einen Ansatz zum Verstehen von Design Patterns aufzeigen. Dazu nehme ich das Design Pattern ``Observer'', das ich Stück für Stück aus einer Situation der realen Welt herleiten werde. Es geht mir dabei nicht primär darum euch dieses Pattern zu erklären, vielmehr soll das Erfassen des Zusammenhangs zwischen Realität und Design Patterns gefördert werden.
81 Mein Ziel ist es die \textit{Natürlichkeit} von Design Patterns darzustellen --- weil sie dem Vorgehen in der Realität entsprechen!
86 \section{Meine Vorgehensweise}
88 \begin{quote}
89 Design Pattern sind ``Best Practices'' (= Erfolgsrezepte), meist \textbf{nach Vorbildern in der Realität}.
90 \end{quote}
92 Aus diesem Grund möchte ich nun anhand eines Beispiels aus dem täglichen Leben zeigen, dass das Design Pattern \textbf{Observer} ein absolut natürliches Vorgehen ist, das bei ähnlichen Situationen in Programmen deshalb ebenso verwendet werden sollte. Dass ich hier gerade das Pattern \textbf{Observer} verwende, hat keinen besonderen Grund; es kann wohl (fast) jedes Pattern auf diese Weise verständlich und logisch gemacht werden.
108 \newpage
109 \section{Erarbeitung des Patterns}
111 \subsection{Ausgangssituation}
112 Meine Ausgangssituation von der ich mich zu einer möglichst optimalen Lösung vorarbeiten möchte ist Folgende:
114 \begin{itemize}
115 \item Es gibt Personen die Etwas verkaufen möchten
116 \item Es gibt Personen die Etwas kaufen möchten
117 \item Sie wollen/sollen sich nicht kennen
118 \end{itemize}
120 Gesucht ist natürlich ein möglichst effektives Vorgehen. Eben das ist der Grund, weshalb wir Patterns verwenden möchten: Wir suchen eine effektive Standardlösung für regelmäßig auftretende Problemstellungen.
125 \subsection{Mögliche Ansätze}
127 Um systematisch vorzugehen, überlegen wir uns zunächst, welche primitiven Lösungen für unser Problem in Frage kommen. Dies wären zum Beispiel:
128 \begin{itemize}
129 \item Personen direkt ansprechen
130 \item Laut in die Menge rufen
131 \item Den Freunden erzählen, die es dann weitererzählen
132 \end{itemize}
134 Vermutlich wäre der Eine oder Andere (unbewusst) gleich höher eingestiegen, dennoch zeigen auch (oder gerade) diese simplen Vorgehensweisen Probleme auf, die sonst kaum explizit wahrgenommen werden.
136 Dies sind unter anderem:
138 \begin{itemize}
139 \item Man weiß nicht wer Interesse hat
140 \item nicht mal wieviele
141 \item Manche Interessenten sind vielleicht nur zu bestimmten Zeiten da
142 \item (... oder sie sind taub)
143 \end{itemize}
149 \subsection{Erarbeitung einer Lösung}
151 Im Folgenden möchte ich nun eine Lösung Schritt für Schritt erarbeiten und verbessern, bis sie das unsere Situation auf eine gute Weise löst.
153 Meine Lösung, die ich nun präsentieren möchte, ist eine Pinnwand. Pinnwände werden in der Realität normalerweise verwendet um derartige Problem zu lösen --- kein Wunder, wie wir gleich sehen werden. Die Pinnwand bietet von sich aus schon eine gute Lösung für unsere Problemsituation.
156 \subsubsection{Eine (gute) Lösung: Pinnwand}
158 Die Funktionen die eine Pinnwand anbietet sind:
160 \begin{itemize}
161 \item Man kann Zettel anpinnen
162 \item Hingehen und nach neuen Zetteln schauen
163 \item Zettel lesen
164 \item Zettel abnehmen
165 \end{itemize}
167 Nun sind zwar einige unserer Probleme (wie z.B. dass sich die Personen nicht kennen müssen) gelöst, doch es gibt auch welche die weiterhin bestehen. Dies sind vor allem:
169 \begin{itemize}
170 \item Man muss hingehen, nur um festzustellen, dass nichts Neues dabei ist
171 \item Man kann wichtige Zettel verpassen
172 \item Zettel sollten nicht weggenommen werden können
173 \end{itemize}
175 Diese Unzulänglichkeiten der jetzigen Lösung gilt es nun Schritt für Schritt zu eliminieren.
178 \subsubsection{Verbesserung: Pinnwand-Sekretärin}
180 Mit diesem Semester wurden bei uns Studiengebühren eingeführt. Die häufigen Diskussionen deswegen waren es wohl, die mich auf die Idee gebracht haben, das Geld doch sinnvoll(er) zu investieren. Und so erweitern wir unsere Pinnwand um eine Sekretärin die die Pinnwand verwaltet \dots natürlich mit Studiengebühren finanziert ;-)
182 Nachfolgend möchten wir die Sekretärin und die Pinnwand als Einheit betrachten. Die neuen Features dieser Pinnwand-Sekretärin-Einheit sind folgende:
184 \begin{itemize}
185 \item Man kann bei ihr einen Zettel in Auftrag geben (auch telefonisch)
186 \item (Sie schreibt mit lesbarer Schrift)
187 \item Sie verhindert, dass Zettel abgenommen werden
188 \end{itemize}
190 \dots und wir sind der optimalen Lösung unserer Problemsituation wieder einen Schritt näher. Jedoch nur einen Schritt, denn nicht alle Probleme sind gelöst.
191 Bestehen bleibt, dass man immer noch oft unnötig zur Pinnwand läuft.
196 \subsubsection{2. Verbesserung: Pinnwand-Sekretärin mit Benachrichtigung}
198 Die Studiengebühren sollen uns an dieser Stelle noch nicht ausgedient haben ---immerhin sind es 500 Euro--- und so ist noch genug übrig um userer Sekretärin verlängerte Arbeitszeiten finanzieren zu können. In dieser zusätzlichen Zeit kann sie nun natürlich weitere Aufgaben übernehmen. Dies sind:
200 \begin{itemize}
201 \item Man kann sich bei der Sekretärin nun als ``Interessierter'' registrieren
202 \item Die Sekretärin trägt die Telefonnummer in eine Liste ein
203 \item Zukünftig ruft sie alle Personen der Liste an, wenn sie einen neuen Zettel anpinnt
204 \end{itemize}
209 \subsection{Zusammenfassung des Beispiels}
211 Wir haben nun eine Lösung die die meisten Probleme unserer Situation löst. Ich möchte hier die Funktionsweise nochmals aufzählen:
213 \begin{itemize}
214 \item Man kann neue Zettel anpinnen lassen
215 \item Man kann sich als Interessierter anmelden (und auch abmelden)
216 \item Interessierte werden bei Änderungen der Pinnwand benachrichtigt
217 \item Sie können dann zur Pinnwand gehen und sie sich anschauen
218 \end{itemize}
221 Sind jetzt alle Anforderungen abgedeckt? Ist die geschaffene Struktur zufriedenstellend? Welche Wünsche sind noch offen? Was fehlt?
223 Es gibt natürlich weitere Anforderungen/Wünsche die über das jetzige Modell hinausgehen. Auf einige der verbreitendsten Erweiterungen des Observer-Modells werde ich weiter unten noch eingehen.
247 \newpage
248 \section{Das Pattern}
250 Nun haben wir uns eine Lösung für unser Problem erarbeitet und der nächste Schritt ist es ein allgemein gültiges Lösungsmodell zu erstellen. Ein solches Modell wird ``Pattern'' genannt.
253 \subsection{Überleitung}
255 Um unsere Lösung in das Pattern zu überführen bedarf es ein paar anderer Bezeichnungen:
257 \begin{itemize}
258 \item Pinnwand-Sekretärin-Einheit $\rightarrow$ ``Subject''
259 \item Die Zettel auf der Pinnwand $\rightarrow$ ``subjectState''
260 \item Interessenten $\rightarrow$ ``Observers''
261 \end{itemize}
264 Beim Programmieren sind besonders Interfaces (also Schnittstellen) wichtig. Diese entsprechen den Fähigkeiten die Pinnwand/Sekretärin und Interessenten haben oder anbieten. Dies wären zum Beispiel, dass Interessenten nicht taub sein dürfen, lesen und zur Pinnwand hingehen können müssen. Oder auch die leserliche Schrift der Sekretärin. (Siehe dazu auch die Erarbeitung der Pinnwand-Sekretärin.)
269 \subsection{UML-Diagramme}
271 Um das Pattern darzustellen bieten sich UML-Diagramme an.
274 \begin{figure}[hbt]
275 \centering
276 \includegraphics[width=8cm]{pics/observer_big.png}
277 \caption{Struktur-Diagramm des Observers}
278 \end{figure}
282 \begin{figure}[hbt]
283 \centering
284 \includegraphics[width=8cm]{pics/observer-interaction_big.png}
285 \caption{Interaktions-Diagramm des Observers}
286 \end{figure}
289 Wer den ersten Teil der Ausarbeitung verstanden hat und UML kann, sollte hier keine Probleme haben die Diagramme zu verstehen --- es ist quasi das Gleiche, nur in einer anderen Darstellungsform.
294 % Daten aus der Beschreibung des Observers von GoF
295 % in welche Gruppen wird er eingeordnet
296 \subsubsection{Klassifizierung nach GoF}
298 Die ``Gang of Four'' (sie formulierten die ersten Design-Patterns für die Informatik) habe ein einheitliches Schema zu ihrer Klassifizierung erstellt. Anhand diesem ist der Observer folgendermaßen einzuordnen:
300 \paragraph{Klassifizierung}
301 Verhaltensmuster, objektbasierend
304 \paragraph{Auch bekannt als}
305 Publish-Subscribe, Dependents
308 \paragraph{Zweck}
309 Abhängigkeiten zwischen Objekten erstellen, sodass sich abhängige Objekte ändern, wenn sich das Objekt selbst ändert.
310 % todo: besser formulieren
313 \paragraph{Kurzbeschreibung}
314 Schnittstellen anlegen, damit Abhängigkeiten zwischen Objekten registriert
315 werden können, und um die abhängigen Objekte über Zustandsänderungen zu
316 informieren.
317 % todo: Formulierung überdenken
323 \subsection{Beispiele für den Observer in der Praxis}
324 % Einsatzgebiete (MVC) und RL (Mailingslisten, Ebay-Suchabo)
325 % nicht aber (Blog + RSS)
327 Wo ist das Observer-Pattern nun im täglichen Leben anzutreffen? Natürlich ist hier das Leben in der digitalen Welt gemeint, schließlich geht es uns ja um ein Design-Pattern für die Programmierung.
329 Zuerst einmal ist anzuführen, dass der Observer ein sehr verbreitetes Design-Pattern ist, das recht häufig bei passenden Problemstellungen eingesetzt wird.
331 Primär wäre das alles was mit Model-View-Controller (kurz: MVC) zusammenhängt. MVC wird vor allem für grafische Oberflächen eingesetzt. Dabei fungiert das Model als Subject und die View als Observer. Der Controller ist eher von untergeordneter Bedeutung. (MVC ist übrigens ein Architektur-Pattern.)
333 Aber auch Mailinglisten und Such-Abos (wie bei Ebay) sind optimalerweise nach dem Observer-Pattern implementiert.
336 \textbf{Kein} Beispiel für das Observer-Pattern ist aber der Weblog mit RSS-Feed! Denn hier findet kein Abonnement-Vorgang statt, der Client (Observer) meldet sich nicht bei der Website (Subject) an, und bekommt auch keine Änderungsinformationen zugeschickt. Stattdessen ruft der Client nur Informationen ab, die die Website ständig zur Verfügung stellt. (vgl. Pinnwand ohne Sekretärin)
345 %\subsection{Erweiterungen}
346 %% Erweiterungen, verbleibende Probleme, Kompromisse beim Design
347 \subsection{Erweiterungen des Patterns}
349 \subsubsection{Ein Observer und mehrere Subjects}
350 Oft ist es nicht nur ein einziges Subject, das beobachtet werden soll. Damit ein Observer mehrere Subjects beobachten kann, muss er den Namen des Subjects mitsenden. So kann festgestellt werden welches Subject betroffen ist.
353 \subsubsection{Nur für bestimmte Informationen anmelden}
354 Eine weitere kleine Erweiterung ist die Anmeldung am Subject für nur bestimmte Informationen. Dies ist sicher auch eine Ergänzung die unsere Pinnwand verbesser hätte. So wäre es dann möglich gewesen sich nur für Zimmerangebote oder ähnliches anzumelden. So werden auch die unnötigen Updates verringert, was positiv auf die Performance wirken kann.
357 \subsubsection{ChangeManager}
358 Bei komplexen Update-Zusammenhängen ist es empfehlenswert einen ChangeManager zwischen die verschiedenen Subjects und Observers zu stellen. Dieser vermittelt dann zwischen den Beteiligten und koordiniert die Update-Vorgänge. Der ChangeManager ist eine Instanz vom Mediator-Pattern und üblicherweise Singleton, da normalerweise nur einer für alle Observer-Beziehungen verwendet wird.
361 \subsubsection{Wer ruft notify() auf?}
362 Dies kommt stark auf das Programm an. Beide Alternativen haben ihre Vor- und Nachteile:
364 \paragraph{Das Subject}
365 \begin{itemize}
366 \item[+] notify() wird sicher bei jedem setState() aufgerufen
367 \item[-] hohe Update-Kosten bei Änderungen en-block
368 \end{itemize}
371 \paragraph{Der Observer}
372 \begin{itemize}
373 \item[+] intelligenter Zeitpunkt des notify()-Aufrufs möglich
374 \item[-] der Client darf den notify()-Aufruf nicht vergessen
375 \end{itemize}
389 \newpage
390 \section{Zusammenfassung}
391 %\textbf{Zusammenfassend}
392 \paragraph{Zusammenfassung}
393 \begin{itemize}
394 \item Menschen denken basierend auf der Realität
395 \item deshalb Design Patterns auf Realität zurückführen
396 \item Patterns anwenden weil man es in der Realität auch so machen würde
397 \end{itemize}
407 \section{Abschließend}
408 \paragraph{Verwendete Software}
409 \begin{itemize}
410 \item Debian GNU/Linux
411 \item \texttt{pdflatex}
412 \item Vim
413 \item qiv und ImageMagick
414 \item Mercurial
415 \end{itemize}
424 \appendix
426 \section{Code}
427 \textbf{ Implementierungen sind Schall und Rauch,\\ Konzepte dagegen bleiben bestehen! }
439 \end{document}