docs/DesignPatterns: f567cec0d755 detailed-observer.tex

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view detailed-observer.tex @ 31:f567cec0d755

modified Erweiterungen; modified images; tocdepth=3

author	meillo@marmaro.de
date	Sat, 04 Aug 2007 17:47:00 +0200
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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.

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108 \newpage

109 \section{Erarbeitung des Patterns}

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111 \subsection{Ausgangssituation}

112 Meine Ausgangssituation von der ich mich zu einer möglichst optimalen Lösung vorarbeiten möchte ist Folgende:

113

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}

119

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.

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125 \subsection{Mögliche Ansätze}

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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}

133

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.

135

136 Dies sind unter anderem:

137

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}

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149 \subsection{Erarbeitung einer Lösung}

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151 Im Folgenden möchte ich nun eine Lösung Schritt für Schritt erarbeiten und verbessern, bis sie das unsere Situation auf eine gute Weise löst.

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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.

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156 \subsubsection{Eine (gute) Lösung: Pinnwand}

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158 Die Funktionen die eine Pinnwand anbietet sind:

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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}

166

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:

168

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}

174

175 Diese Unzulänglichkeiten der jetzigen Lösung gilt es nun Schritt für Schritt zu eliminieren.

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178 \subsubsection{Verbesserung: Pinnwand-Sekretärin}

179

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 ;-)

181

182 Nachfolgend möchten wir die Sekretärin und die Pinnwand als Einheit betrachten. Die neuen Features dieser Pinnwand-Sekretärin-Einheit sind folgende:

183

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}

189

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.

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196 \subsubsection{2. Verbesserung: Pinnwand-Sekretärin mit Benachrichtigung}

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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:

199

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}

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209 \subsection{Zusammenfassung des Beispiels}

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211 Wir haben nun eine Lösung die die meisten Probleme unserer Situation löst. Ich möchte hier die Funktionsweise nochmals aufzählen:

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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}

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221 Sind jetzt alle Anforderungen abgedeckt? Ist die geschaffene Struktur zufriedenstellend? Welche Wünsche sind noch offen? Was fehlt?

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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.

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247 \newpage

248 \section{Das Pattern}

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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.

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253 \subsection{Überleitung}

254

255 Um unsere Lösung in das Pattern zu überführen bedarf es ein paar anderer Bezeichnungen:

256

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}

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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.)

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269 \subsection{UML-Diagramme}

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271 Um das Pattern darzustellen bieten sich UML-Diagramme an.

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274 \begin{figure}[hbt]

275 \centering

276 \includegraphics[width=8cm]{pics/observer_big.png}

277 \caption{Struktur-Diagramm des Observers}

278 \end{figure}

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282 \begin{figure}[hbt]

283 \centering

284 \includegraphics[width=8cm]{pics/observer-interaction_big.png}

285 \caption{Interaktions-Diagramm des Observers}

286 \end{figure}

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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.

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294 % Daten aus der Beschreibung des Observers von GoF

295 % in welche Gruppen wird er eingeordnet

296 \subsubsection{Klassifizierung nach GoF}

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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:

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300 \paragraph{Klassifizierung}

301 Verhaltensmuster, objektbasierend

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304 \paragraph{Auch bekannt als}

305 Publish-Subscribe, Dependents

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308 \paragraph{Zweck}

309 Abhängigkeiten zwischen Objekten zu erstellen, sodass sich abhängige Objekte ändern, wenn sich das Objekt selbst ändert.

310 % todo: besser formulieren

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313 \paragraph{Kurzbeschreibung}

314 Schnittstellen anlegen, um Abhängigkeiten zwischen Objekten registriert

315 werden können, und um die abhängigen Objekte über Zustandsänderungen zu

316 informieren.

317 % todo: Formulierung überdenken

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323 \subsection{Beispiele für den Observer in der Praxis}

324 % Einsatzgebiete (MVC) und RL (Mailingslisten, Ebay-Suchabo)

325 % nicht aber (Blog + RSS)

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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.

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329 Zuerst einmal ist anzuführen, dass der Observer ein sehr verbreitetes Design-Pattern ist, das recht häufig bei passenden Problemstellungen eingesetzt wird.

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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.)

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333 Aber auch Mailinglisten und Such-Abos (wie bei Ebay) sind optimalerweise nach dem Observer-Pattern implementiert.

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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)

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345 %\subsection{Erweiterungen}

346 %% Erweiterungen, verbleibende Probleme, Kompromisse beim Design

347 \subsection{Erweiterungen des Patterns}

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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.

351

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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.

355 \item Oberservers melden sich nur für bestimmte Informationen an

356 \item Es werden weniger uninteressante Updates gesendet

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359 \subsubsection{UpdateManager}

360 \begin{itemize}

361 \item Bei komplexen Update-Zusammenhängen empfehlenswert

362 \item vermittelt zwischen Subject und Observer

363 \item (Mehr dazu in der Ausarbeitung)

364 \end{itemize}

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