Definition „Entwurfsmuster“ Was sind Design Pattern?

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Grundsätzlich folgt jede Form von Design einer Art Muster oder Pattern. Sowohl in der Architektur als auch in der Softwareentwicklung folgen die Aufbauten und Abläufe bestimmten Mustern, so dass man diese Entwurfsmuster hier auch als Design Pattern kennt.

Design Pattern sind wiederkehrende Muster in der Softwareentwicklung und stellen eine große Erleichterung in der Programmierarbeit dar. Begrifflich ist das Design Pattern zurückzuführen auf den Architekten Christopher Alexander.

Der US-Amerikaner erstellte wiederverwendbare Vorlagen als Sammlung. Damit verfolgte der Architekt das Ziel, künftige Nutzer der Bauwerke in den Prozess des Entwurfs einzubinden. Der zugrunde liegende Gedanke ist der einer Vereinfachung künftiger ähnlicher Konstruktionen. Der Kerngedanke ist von zahlreichen Informatikern aufgegriffen worden.

Seinen Durchbruch im Zusammenhang mit Softwareentwicklung erzielte der Begriff durch die Veröffentlichung „Design Pattern – Elements of Reusable Object-Oriented Software“. Dieses häufig als Grundlagenwerk verstandene Buch ist im Jahr 1994 von Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson und John Vlissides (auch bekannt als die Gang of Four oder GoF) veröffentlicht worden.

Design Pattern in Software oder Programmen ähneln hinsichtlich ihres Grundprinzips den Mustern oder Vorlagen der Designs aus der Architektur. Ähnlich wie sich dort bestimmte Muster wiederholen, handelt es sich auch in Computerprogrammen um wiederkehrende Abläufe. In diesem Sinne sind Design Pattern Entwurfsmuster, die nachfolgenden Programmierern die Arbeit erleichtern.

Design Pattern und ihre Funktionsweise

Ähnlich wie im Produktdesign bestimmte Start- und Endvorgaben vorliegen, handelt es sich auch in der Programmierung und Softwareentwicklung um bestimmte zu durchlaufende Schleifen und Prozesse. Grundsätzlich erfordert beim Programmieren jede Bedingung eine bestimmte Entscheidung darüber, was im Falle einer (Nicht-)Übereinstellung geschehen soll.

In entsprechenden Berechnungen entsteht das Ergebnis aus einer Kombination bestimmter Variablen. Zahlreiche einzelne Programmierschritte ergeben einen vollständigen Programmablauf. Für bestimmte Abläufe und Aufgaben trägt dieser Programmablauf stets die gleichen Züge. Design Pattern oder Entwurfsmuster lassen sich somit als eine Beschreibung verstehen, wie ein bestimmtes Problem anzugehen oder zu lösen ist.

Auch in größeren Programmierzusammenhängen gibt es wiederkehrende Abläufe, die immer wieder zum Einsatz kommen, um bestimmte Aufgaben zu lösen. Diese verlangen nach wiederkehrenden und mehrfach verwendbaren Mustern. Als bewährte Bausteine in größeren und umfangreicheren Softwarekonzepten haben sich Design Pattern als Schemata etabliert, da sie sich in der Praxis bereits bewährt haben.

Bekannte Design Pattern in der Softwareentwicklung

Die Softwareentwicklung kennt eine Vielzahl konkreter Design Patterns. Sie lassen sich in eine der oben aufgeführten Kategorien einordnen. Zu den wichtigsten gehören Erzeugungsmuster, Strukturmuster und Verhaltensmuster. Sie unterscheiden sich im Hinblick auf ihre Funktionsweise und ihre Anwendungsbereiche.

Entwurfsmuster repräsentieren in ihren verschiedenen Arten die jeweiligen Einsatzbereiche der darin enthaltenen Design Patterns. Zu unterscheiden sind grundsätzlich Strukturmuster, Verhaltensmuster und Erzeugungsmuster.

• Strukturmuster oder Structural Pattern lassen sich verstehen als Entwurfsmuster für Klassenbeziehungen. Das Ziel ist eine Abstraktion, die imstande ist, mit anderen Lösungsansätzen zu kommunizieren. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit der Schnittstellen-Programmierung relevant.

• Davon zu unterscheiden sind Verhaltensmuster oder Behavioral Pattern. Diese modellieren das Verhalten der Software. Es handelt sich um Pattern zur Vereinfachung komplexer Steuerungs- und Kontrollprozesse. Zu diesem Zwecke ist es möglich, zwischen Algorithmen und Objekt-Verantwortlichkeiten zu wählen.

• Eine weitere Art des Design Pattern ist das Erzeugungsmuster oder Creational Pattern. Dieses dient der Erzeugung von Objekten, die eine vereinfachte Darstellung der Prozesse für bestimmte Instanzen ermöglicht. Des geschieht von der Art der Objekterstellung in einer Software unabhängig.

Unabhängig von den genannten Design Pattern gibt es weitere Arten von Entwurfsmustern, die in keine dieser aufgeführten Kategorien passen. Diese zusätzlichen Arten umfassen beispielsweise Design Pattern zur objektrelationalen Abbildung. Sie dienen der Ablage der Objekte und ihrer Beziehungen zueinander in einer relationalen Datenbank.

Die Erzeugungsmuster umfassen wiederum mehrere Design Pattern. Builder Pattern oder Erbauer-Muster dienen der Trennung der Objekt-Entwicklung von ihren Repräsentationen. Auch Factory Pattern gehören zu den Erzeugungsmustern. Als Fabrikmethode erzeugen sie ein Objekt durch den Aufruf einer Methode. Ein weiteres Erzeugungsmuster ist das Singleton-Pattern. Als Einzelstück trägt es dazu bei, dass von einer Klasse nur exakt ein Objekt existiert. Es handelt sich um ein global verfügbares Muster.

In den Bereich der Strukturmuster fallen ebenso mehrere Unterkategorien. Das Composite Pattern stellt ein zusammengesetztes Muster (Kompositum) dar. Es ist ausgelegt auf dynamische Strukturen und kommt beispielsweise in der Dateiorganisation oder der Datenkompression zum Einsatz. Decorator Pattern oder Dekorier-Muster integrieren zusätzliche Funktionalitäten beziehungsweise Zuständigkeiten in bestehende Klassen. Das Facade Pattern bietet eine Schnittstelle zu anderen Systemen und Unter-Systemen.

Die Verhaltensmuster lassen sich unterscheiden in Observer-, Strategy- und Visitor-Pattern. Observer-Pattern leiten Änderungen an Objekten an Strukturen weiter. Strategy-Pattern dienen der Definition von Familien austauschbarer Algorithmen. Visitor-Pattern oder Besucher-Muster dienen dazu, ausführbare Operationen in einer Weise abzukapseln, dass neue Operationen möglich sind, ohne Veränderungen an den entsprechenden Klassen vorzunehmen.

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