Патерны в программировании и дизайне

Патерны (от англ. pattern — образец, шаблон) — это повторяемые, типовые способы решения часто встречающихся задач в различных областях деятельности, преимущественно в программировании, проектировании интерфейсов и архитектуре. Патерн описывает не готовое решение, а общую схему, которую адаптируют под конкретную ситуацию.

История термина

Термин «патерн» в его современном значении ввёл архитектор Кристофер Александер в 1970-х годах. В книгах «Язык шаблонов» (1977) и «Вечный способ строительства» (1979) он описал каталог решений для типовых задач городского планирования и архитектуры зданий, назвав их «паттернами». Идея заключалась в том, что удачные архитектурные решения можно формализовать и многократно использовать.

В конце 1980-х годов идею заимствовали разработчики программного обеспечения. В 1994 году вышла книга «Приёмы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования» (авторы — Эрих Гамма, Ричард Хелм, Ральф Джонсон и Джон Влиссидес, известные как «Банда четырёх»), ставшая фундаментальным трудом в области разработки. С тех пор понятие патерна распространилось на другие сферы: дизайн интерфейсов, геймдизайн, организационное управление и педагогику.

Патерны в программировании

В разработке программного обеспечения патерны делятся на три основные категории.

Порождающие патерны

Отвечают за создание объектов, скрывая детали их инициализации. К ним относятся:

• Одиночка (Singleton) — гарантирует существование единственного экземпляра класса;
• Фабричный метод (Factory Method) — определяет интерфейс создания объекта, позволяя подклассам выбирать тип создаваемого объекта;
• Абстрактная фабрика (Abstract Factory) — создаёт семейства связанных объектов без указания их конкретных классов;
• Строитель (Builder) — поэтапно конструирует сложный объект.

Структурные патерны

Определяют способы построения связей между объектами:

• Адаптер (Adapter) — позволяет объектам с несовместимыми интерфейсами работать вместе;
• Декоратор (Decorator) — динамически добавляет объекту новые обязанности;
• Фасад (Facade) — предоставляет простой интерфейс к сложной подсистеме;
• Компоновщик (Composite) — строит иерархические древовидные структуры.

Поведенческие патерны

Регулируют взаимодействие между объектами:

• Наблюдатель (Observer) — уведомляет зависимые объекты об изменениях состояния;
• Стратегия (Strategy) — позволяет менять алгоритм поведения объекта во время выполнения;
• Цепочка обязанностей (Chain of Responsibility) — передаёт запрос по цепочке обработчиков;
• Состояние (State) — изменяет поведение объекта при изменении его внутреннего состояния.

Патерны проектирования интерфейсов

В UX/UI-дизайне патерны представляют собой стандартные решения типовых задач взаимодействия пользователя с продуктом. Среди них:

• Хлебные крошки — цепочка навигации, показывающая путь от главной страницы к текущей;
• Бесконечная лента — автоподгрузка контента при прокрутке (характерна для социальных сетей и новостных агрегаторов);
• Модальное окно — всплывающее окно, блокирующее взаимодействие с основным контентом до совершения действия;
• Аккордеон — вертикальный список раскрывающихся блоков с заголовками;
• Пустое состояние — экран, отображаемый при отсутствии данных (например, «нет сообщений»).

Использование интерфейсных патернов позволяет пользователям быстро осваивать новые продукты: знакомые элементы управления и логика взаимодействия снижают когнитивную нагрузку.

Архитектурные патерны

В архитектуре программного обеспечения патерны описывают высокоуровневую организацию системы:

• MVC (Model-View-Controller) — разделение данных, представления и логики управления;
• Клиент-сервер — распределение обязанностей между поставщиком услуг и их потребителем;
• Микросервисная архитектура — построение приложения из набора независимо разворачиваемых сервисов;
• Событийно-ориентированная архитектура — взаимодействие компонентов через события.

Патерны в других областях

Понятие патерна применяется вне IT:

• В геймдизайне — типовые механики уровней (обучение через действие, нарастание сложности, босс-файты);
• В педагогике — устойчивые модели организации учебного процесса;
• В организационном управлении — типовые структуры команд и процессов;
• В речевой коммуникации — устойчивые обороты и сценарии общения.

Критика и ограничения

Патерны не являются универсальным решением. Критики отмечают, что слепое следование шаблонам может приводить к избыточной сложности кода — так называемому «синдрому золотого молотка», когда подходящий в одном месте приём применяется повсеместно без необходимости. Патерн оправдан только тогда, когда задача действительно повторяет типовую ситуацию; в противном случае проще написать прямое решение.

Кроме того, патерны фиксируют накопленный опыт, но не заменяют понимания принципов проектирования. Изучение патернов без освоения базовых концепций (абстракция, инкапсуляция, полиморфизм) приводит к механическому копированию решений без осознания их смысла.

Литература

• Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приёмы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. — СПб.: Питер, 2001.
• Александер К. Язык шаблонов. — М.: Издательство Студии Артемия Лебедева, 2014.
• Тиде К., Кокор С. Проектирование интерфейсов. Паттерны проектирования. — СПб.: Питер, 2011.