4 - Padrões de Construção

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10/05/2010
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Padrões de Projeto
Carga Horária 67hs
Padrões de Construção
Prof. Giuseppe Anthony N. Lima
giuseppeanl@gmail.com
Instituto Federal de Educação Tecnológica da Paraíba
CST – Sistemas para Internet
Padrões de Construção
• Introdução
– Criação de objetos
• Métodos especiais denominados construtores
public B(int x) {
this.x=x;
}
Padrões de Construção
• Construtores Java
– Operação declarada com mesmo nome da classe
• Pode não ser declarado (construtor default)
• Não retorna valor
– É uma ação de classe (estático)
– Inicializa propriedades do objeto criado
– Inicializa hierarquia do objeto criado
– Aloca o objeto construído na memória
Padrões de Construção
• Limitações quanto ao uso de construtores
– Cliente pode não ter disponível todos os dados 
necessários para instanciá-lo
– Cliente fica acoplado pois precisa saber qual classe 
concreta chamar com o new
– Cliente de herança pode chamar métodos que 
precisam de valores ainda não inicializados
– Objeto complexo pode necessitar da criação de 
outros menores
– Não há como limitar o número de instâncias
Builder
• Intenção
– "Separar a construção de um objeto complexo de 
sua representação para que o mesmo processo de 
construção possa criar representações diferentes." 
[GoF]
Obtém informação necessária 
em passos antes de requisitar 
a construção de um objeto.
Builder
• Separar um objeto complexo de sua 
representação
Objetos Partes Comuns Produto
Imóvel Telhado, paredes, piso ConstruçãoTipoCasa
ConstruçãoTipoPrédio
...
Pizza Molho, massa, recheio PizzaApimentada
PizzaDoce
...
Texto Caracteres, parágrafo, 
fonte
TextoTipoASCII
TextoTipoTex
TextoTipoWord
...
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Builder
• ...de modo que o mesmo processo de construção 
possa criar diferentes representações
Objetos Partes Comuns Representação/
Produto
Texto Caracteres, 
parágrafo, fonte
TextoTipoASCII
TextoTipoTex
TextoTipoWord
...
Um objeto builder
deverá ser capaz de 
montar as partes de 
um respectivo produto
E devolver o produto 
(objeto representado) 
solicitado pelo cliente
Builder
• Uso de Builder
– Um objeto de interesse de um cliente é convertido 
ou montado como um produto dotado de 
características específicas
Builder
• Exemplo I
O cliente informa ao DiretorObra se 
deseja casa ou prédio pelo construtor. 
O DiretorObra chama o método
public void construir() {
construtor.construirPiso();
construtor.construirTeto();
construtor.construirParedes();
}
Builder
• Exemplo II
Como o cliente 
converte um texto RTF 
para TeX por exemplo?
Builder
• Vamos entender melhor...
Interface/Classe 
Abstrata para criação 
de produtos
Produto final 
criado passo a 
passo via Director
Implementação de Builder
que constrói e junta as 
partes do produto
Gerencia a seqüência 
correta de criação das 
partes do produto
Builder
• Conseqüências
– Permite variar a representação interna do produto
– Algoritmo de construção do produto é 
independente de sua implementação
• Construção em partes!
– Substituição de construtores (builders concretos)
• Uma mesma interface é utilizada para construir 
representações diferentes dos mesmos dados
• Clientes podem estender essa interface se desejarem 
criar novas representações ou produtos.
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Factory Method
• Intenção [GoF]
– “Definir uma interface para criar um objeto mas 
deixar que subclasses decidam qual classe irá 
instanciá-lo” 
– “Factory Method permite que uma classe delegue 
a responsabilidade de instanciamento às 
subclasses.”
Factory Method
• Problema
– O acesso a um objeto concreto (subclasse) será 
através de sua interface conhecida (superclasse)
• O cliente não pode saber qual o tipo concreto do objeto 
utilizado
• Isso ocorre pois é sabido que os tipos concretos de 
objetos a serem utilizados pelo cliente podem variar: o 
código do cliente deve ser compatível com todas essas 
opções de objetos concretos.
– Lembre-se: sempre que utilizamos o new
deixamos explicito o tipo concreto do objeto!
Factory Method
• Por que esconder do cliente qual a 
implementação concreta?
– Quando a classe cliente usa new ele pode quebrar 
o encapsulamento da interface (acessando 
métodos de baixo nível)
Automóvel auto = new Carro();
O cliente sabe a 
implementação ou 
seja o objeto 
concreto
Carro carro = (Carro) auto;
Com isso, ele pode 
quebrar o 
encapsulamento e 
acessar métodos que só 
Carro possui!
Factory Method
• Por que esconder do cliente qual a 
implementação concreta?
– Quando a classe cliente usa new ele causa uma 
forte dependência em relação ao objeto!
Trace logger = new SystemLog();
Imagine uma 
aplicação web que 
utiliza esse código em 
diversos servlets para 
realizar logging
Como o uso do tipo 
concreto está evidente em 
cada classe cliente, o que 
acontece se quisermos 
alterar o Trace para FileLog? 
Factory Method
• Imagine uma classe cliente que...
– Utiliza um objeto que possui diversas 
implementações
– Supostamente altera a implementação do objeto 
(dentre as opções de classe concreta do objeto) 
num futuro próximo
SOLUÇÃO
Vamos encapsular a criação do objeto 
especificando sua criação em um objeto 
Criador/Fábrica separado!
Factory Method
• Factory Method
– Definir uma interface de criação de um objeto que 
permita...
• Que tal interface indique uma subclasse responsável 
por instanciar esse objeto
• Que essa subclasse, que implementa tal interface, 
realize a instanciação
• Que clientes acessem o objeto criado por meio de uma 
interface mais abstrata 
– compatível com todas as opções de objetos que o 
cliente pode usar
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Factory Method
• Estrutura do Padrão...
Factory Method
• Exemplo: criar uma Factory Method para 
nossas classes de Logging
Contém o 
método fábrica
Implementa o 
método fábrica que 
devolve FileLog
Implementa o método 
fábrica que devolve 
SystemConsoleLog
Interface de alto 
nível para qualquer 
produto Trace
Factory Method
• Outro exemplo...
– Nossa aplicação exige a criação de pizzas de 
diversos sabores
//método presente no código do cliente
public Pizza orderPizza() {
Pizza = new Pizza();
pizza.prepare();
pizza.assar();
pizza.cortar();
pizza.encaixotar();
return pizza;
}
Oops, presença de new!
Factory Method
//método presente no código do cliente
public Pizza orderPizza(String type) {
Pizza pizza;
if (type.equals(“cheese”)) {
pizza = new CheesePizza();
}
if (type.equals(“pepperoni”)) {
pizza = new PepperoniPizza();
}
... //para cada tipo de pizza uma verificação e 
instanciação do tipo correspondente
pizza.prepare();
pizza.assar();
pizza.cortar();
pizza.encaixotar();
return pizza;
}
Ainda há presença de new e 
se novas pizzas estiverem 
disponíveis para uso na 
classe cliente?
Factory Method
• Mas se o modo como as pizzas forem 
preparadas (criadas) variar ainda que sejam 
de um mesmo sabor
– Dependendo da região o tipo e quantidade de 
ingredientes de um sabor pode ser diferente
– Ou seja, o modo de criação de um tipo varia com a 
região
• Solução
– Criar Fábricas para cada modo de criação!
Factory Method
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Factory Method
• Vantagens
– Criação de objetos é desacoplada do 
conhecimento do tipo concreto do objeto
• Conecta hierarquias de classe paralelas
• Facilita a extensibilidade
• Desvantagens
– Cliente ainda deve saber a classe concreta do 
criador de instâncias
Abstract Factory
• Intenção
– "Prover uma interface para criar famílias de 
objetos relacionados ou dependentes sem 
especificar suas classes concretas." [GoF]
Abstract Factory
• Prover uma interfacepara criar famílias de 
objetos relacionados ou dependentes?
– A interface é uma fábrica de produtos
– A fábrica é capaz de criar um conjunto de 
produtos para um determinado contexto
• Conjunto de produtos são as famílias de produtos que 
são utilizados em um contexto comum
Abstract Factory
• Abstract Factory
– A interface de criação de famílias de objetos 
possui um conjunto de factory methods para cada 
produto
– Algumas situações
• Precisamos criar uma família de componentes de 
interface (toolbar, botões e menus) de acordo com a 
plataforma de interface do usuário
• Precisamos criar componentes de um jogo de acordo 
com o grau de dificuldade do mesmo
• Precisamos criar uma família de ingredientes de pizza 
de acordo com a região do cliente
Abstract Factory
• Arquitetura do padrão
Abstract Factory
• Quando usar Abstract Factory?
– Quando um sistema deve ser independente de como 
seus produtos são criados, compostos e 
representados
– Quando um sistema deve ser configurado com uma 
entre várias famílias de produtos
– Quando uma família de produtos relacionados foi 
projetada para uso conjunto e você deve implementar 
essa restrição
– Quando você quer fornecer uma biblioteca de classes 
e quer revelar sua interface e não sua implementação
• Não permita portanto que objetos sejam diretamente 
criados com new
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Abstract Factory X Factory Method
• Para pensar...
Factory Method Abstract Factory
Fábricas utilizam herança para criar 
os produtos concretos 
Fábricas utilizam composição para criar 
famílias de produtos (objetos relacionados 
pelo cliente em um contexto)
As subclasses, fábricas concretas, 
herdam factory methods para 
criação de produtos. Cada subclasse 
decide qual produto irá criar.
As implementações de fábricas possuem uma 
factory method para criar cada membro da 
família de produtos
Se novos produtos forem 
adicionados basta criar uma nova 
subclasse
Para criar novos produtos a interface deverá 
ser estendida exigindo alterações nas fábricas 
existentes
Pode implementar código no 
criador abstrato que manipula tipos 
concretos criados nas subclasses
Métodos nos criadores concretos são somente 
factory methods que criam produtos. A 
manipulação dos produtos é de
responsabilidade exclusiva do cliente
Factory Method & Abstract Factory
• Notas de implementação
– Tanto para Factory Mehtod quanto para Abstract 
Factory, é comum a criação de uma método estático 
que devolve a fábrica concreta a ser utilizada a partir 
de uma chave que devolve apenas uma instância!
• Para evitar que o cliente saiba a interface do criador 
concreto e que se tenha mais de uma instância de fábrica
//classe factory abstrata
public static FactoryIF getInstance(String tipo) {
//acessa uma coleção de fábricas disponíveis
//devolve a fábrica de acordo com o a tipo solicitado
}
//acesso do cliente
AbstractFactory.getFactory(“fábricaA”);
Factory Method & Abstract Factory
• Se Abstract Factory determina a utilização de 
uma interface para as fábricas onde você 
implementaria esse método estático?
Olha ele 
aqui!
Prototype
• Intenção 
– "Especificar os tipos de objetos a serem criados 
usando uma instância como protótipo e criar 
novos objetos a partir da cópia desse protótipo." 
[GoF]
Prototype
• Dicionário
– Protótipo: original, modelo, exemplar, versão 
parcial
• Padrão Prototype 
– Cópia de um objeto a partir de um objeto modelo
Prototype
• Algumas razões para criação de objetos a 
partir de outros
– Reaproveitar o estado existente de um objeto
– Queremos executar algoritmos que alteram um 
objeto
• Em vez de utilizar os dados do objeto original utilizamos 
sua cópia
• Em caso de erro ainda temos o objeto original
– Armazenar estados de objetos
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Prototype
• Como saber se um objeto é um protótipo 
(modelo de cópia)?
– A interface deverá conter o serviço de cópia
– A interface identifica que o objeto é copiável
Prototype
• Arquitetura do Padrão
Prototype
• Prototype em Java I
– Object contém um método privado clone()!
– Como usar
• Fazer a classe definida como protótipo implementar 
Cloneable
• Sobrepor o método clone() para torná-lo público
public Object clone() {
try {
return super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
return null;
}
}
Prototype
• Prototype em Java II
– Limitações
• O clone() realiza cópias rasas
– Referências do protótipo a outros objetos devem 
ser copiados também
public class Circulo {
private Point origem;
private double raio;
public Object clone() {
try {
Circulo c = (Circulo)super.clone();
c.origem = origem.clone(); // Point deve ser clonável!
return c;
} catch (CloneNotSupportedException e) {return null;}
}
}
Memento
• Intenção
– "Sem violar o encapsulamento, capturar e 
externalizar o estado interno de um objeto para 
que o objeto possa ter esse estado restaurado 
posteriormente." [GoF]
Memento
• Problema
– É preciso guardar informações sobre um objeto 
suficientes para desfazer uma operação, mas essas 
informações não devem ser públicas
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Memento
• Um memento é um pequeno repositório para guardar 
estado dos objetos
– Pode-se usar outro objeto, um string, um arquivo
• Memento guarda um snapshot do estado interno de 
outro objeto, a Fonte
– Um mecanismo de Undo irá requisitar um memento da 
fonte quando ele necessitar verificar o estado desse objeto
– A fonte reinicializa o memento com informações que 
caracterizam seu estado atual 
– Só a fonte tem permissão para recuperar informações do 
memento (o memento é invisível para outros objetos)
Memento
• Use Memento quando
– Uma parte do estado (snapshot) de um objeto 
precisa ser armazenada para que ele possa ser 
restaurado ao seu estado original posteriormente
– Disponibilizar uma interface ara se obter esse 
estado iria expor detalhes de implementação 
desse objeto que representa o estado, quebrando 
o encapsulamento.
Memento
Memento: objeto que armazena um estado
Fonte: objeto que cria um memento para armazenar seu estado anterior
Zelador: executa mecanismo de undo
Memento
• A fonte (originator)
– É algum objeto que tem um estado interno
• Zelador (caretaker)
– Faz algo para a fonte armazenar estados
– O zelador pede a fonte um objeto Memento para 
armazenar
– O zelador restaura algum estado solicitando a fonte
• Memento
– Objeto que guarda um estado interno
– O zelador não tem acesso para modificá-lo
Memento
class Fonte { 
private String state;
public void set(String state) {
System.out.println("Originator: Setting state to " + state);
this.state = state;
}
public Object saveToMemento() { 
System.out.println("Originator: Saving to Memento."); 
return new Memento(state); 
} 
public void undo(Object m) { 
if (m instanceof Memento) { 
Memento memento = (Memento) m; 
state = memento.getSavedState(); 
System.out.println("Originator: State after restoring from Memento: " + 
state); }
} 
//continuação da classe Fonte (classe memento é uma inner class)
private class Memento { 
private String state; 
public Memento(String stateToSave) { 
state = stateToSave; 
} 
public String getSavedState() { 
return state; 
}
}
} 
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Memento
class Zelador {
private List<Object> savedStates = new ArrayList<Object>();
public void addMemento(Object m) { 
savedStates.add(m); 
}
public Object getMemento(int index) { 
return savedStates.get(index); 
}
}
Memento
//cliente 
class MementoExamplo { 
public static void main(String[] args) { 
Zelador zelador = new Zelador(); 
Fonte fonte= new Fonte(); 
fonte.set("State1"); 
fonte.set("State2"); 
zelador.addMemento(fonte.saveToMemento());fonte.set("State3"); 
zelador.addMemento(fonte.saveToMemento()); 
fonte.set("State4"); 
fonte.undo(zelador.getMemento(1)); 
}
}
Memento
• Implementação
– Armazenar estados incrementalmente
• Uma aplicação que manipula um bitmap armazena 
como estado somente os pixels modificados
– Armazenar estados com cópia completa
• Todos os atributos de um objeto serão copiados e 
armazenados ainda que alguns não tenham se 
modificado
– Armazenamento em disco
• Estados são armazenados em disco pois precisam ser 
persistidos
Memento
• Conseqüências
– Uso de memento pode ser caro dependendo do 
número e formato dos estados armazenados
– Evita expor propriedades de um objeto para 
guardar seu valor anterior
– Possibilita implementar mecanismos de undo e 
checkpoint
Memento
• Exemplo
– Temos um livro de endereços
– Um livro de endereços possui um conjunto de 
contatos
– Se eliminarmos ou adicionarmos contatos 
poderemos restaurar o estado do livro de 
endereços
Fonte 
(Originator)
Memento (Estado Interno)
Memento
//A nossa classe Fonte(Originator)
class AddressBook {
private ArrayList contacts = new ArrayList();
public Object getMemento() {
return new AddressBookMemento(contacts);
}
public void setMemento(Object object) {
if (object instanceof AddressBookMemento) {
AddressBookMemento memento = (AddressBookMemento) object;
contacts = memento.state;
}
}
private class AddressBookMemento {
private ArrayList state;
private AddressBookMemento(ArrayList contacts) {
this.state = contacts;
}
}
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Memento
//Código do Cliente
public static void main(String[] arguments) {
AddressBook book = new AddressBook();
book.addContact(new ContactImpl("Peter", "Taggart", "Commander",
"NSEA Protector", new AddressImpl()));
book.addContact(new ContactImpl("Tawny", "Madison", "Lieutenant",
"NSEA Protector", new AddressImpl()));
book.addContact(new ContactImpl("Dr.", "Lazarus", "Dr.",
"NSEA Protector", new AddressImpl()));
book.addContact(new ContactImpl("Tech Sargent", "Chen", "Tech Sargent",
"NSEA Protector", new AddressImpl()));
Object memento = book.getMemento();
book.setMemento(memento);
} Quando utilizarmos o AdressBook em uma 
aplicação maior provavelmente 
necessitaremos restaurar seu estado em 
mais de um ponto do código e aí surge: onde 
coletar os estados de forma que possamos 
reusar o acesso a estados anteriores em 
vários pontos do código?
Veja que o cliente está tendo a 
obrigação de organizar o 
memento: vamos criar uma 
entidade que zela pelos estados do 
livro de endereços!
Memento
//Código do Zelador(Caretaker)
public class ZeladorAgendas {
private List<Object> estadosSalvos = new ArrayList<Object>;
public Object getMemento(int index) {
return estadosSalvos.get(index);
}
public void addMemento(Object o) {
estadosSalvos.add(o);
}
}
Zelador não tem acesso ao tipo 
Memento pois essa classe foi 
definida internamente na Fonte 
como private: lembre-se, somente 
a Fonte tem acesso a Memento e 
principalmente a serviços que 
manipulam seu estaodo interno.
Por isso a coleção do Zelador é do 
tipo Object!