Patrones de diseño

Los patrones de diseño son la base para la búsqueda de soluciones a problemas comunes en el desarrollo de software y otros ámbitos referentes al diseño de interacción o interfaces.

Un patrón de diseño resulta ser una solución a un problema de diseño. Para que una solución sea considerada un patrón debe poseer ciertas características. Una de ellas es que debe haber comprobado su efectividad resolviendo problemas similares en ocasiones anteriores. Otra es que debe ser reutilizable, lo que significa que es aplicable a diferentes problemas de diseño en distintas circunstancias.

¿Qué es un patrón de diseño?

Los patrones de diseño son soluciones para problemas típicos y recurrentes que nos podemos encontrar a la hora de desarrollar una aplicación.

Aunque nuestra aplicación sea única, tendrá partes comunes con otras aplicaciones: acceso a datos, creación de objetos, operaciones entre sistemas etc. En lugar de reinventar la rueda, podemos solucionar problemas utilizando algún patrón, ya que son soluciones probadas y documentadas por multitud de programadores.

“Los patrones de diseño son el esqueleto de las soluciones a problemas comunes en el desarrollo de software.”

En otras palabras, brindan una solución ya probada y documentada a problemas de desarrollo de software que están sujetos a contextos similares. Debemos tener presente los siguientes elementos de un patrón: su nombre, el problema (cuando aplicar un patrón), la solución (descripción abstracta del problema) y las consecuencias (costos y beneficios).

Existen varios patrones de diseño popularmente conocidos, los cuales se clasifican como se muestra a continuación:

• Patrones Creacionales: Inicialización y configuración de objetos.
• Patrones Estructurales: Separan la interfaz de la implementación. Se ocupan de cómo las clases y objetos se agrupan, para formar estructuras más grandes.
• Patrones de Comportamiento: Más que describir objetos o clases, describen la comunicación entre ellos.

Además existe otro tipo de patrones:

• Patrones de Interacción: Son patrones que nos permiten el diseño de interfaces web.

Categorías de patrones de diseño

Según la escala o nivel de abstracción:

• Patrones de arquitectura: Aquellos que expresan un esquema organizativo estructural fundamental para sistemas de software.
• Patrones de diseño: Aquellos que expresan esquemas para definir estructuras de diseño (o sus relaciones) con las que construir sistemas de software.
• Dialectos: Patrones de bajo nivel específicos para un lenguaje de programación o entorno concreto.

Además, también es importante reseñar el concepto de “antipatrón de diseño”, que con forma semejante a la de un patrón, intenta prevenir contra errores comunes de diseño en el software. La idea de los antipatrones es dar a conocer los problemas que acarrean ciertos diseños muy frecuentes, para intentar evitar que diferentes sistemas acaben una y otra vez en el mismo callejón sin salida por haber cometido los mismos errores.

Además de los patrones ya vistos actualmente existen otros patrones como el siguiente:

• Interacción: Son patrones que nos permiten el diseño de interfaces web.

Estructuras o plantillas de patrones

Para describir un patrón se usan plantillas más o menos estandarizadas, de forma que se expresen uniformemente y puedan constituir efectivamente un medio de comunicación uniforme entre diseñadores. Varios autores eminentes en esta área han propuesto plantillas ligeramente distintas, si bien la mayoría definen los mismos conceptos básicos.

La plantilla más común es la utilizada precisamente por el GoF y consta de los siguientes apartados:

• Nombre del patrón: nombre estándar del patrón por el cual será reconocido en la comunidad (normalmente se expresan en inglés).
• Clasificación del patrón: creacional, estructural o de comportamiento.
• Intención: ¿Qué problema pretende resolver el patrón? También conocido como: Otros nombres de uso común para el patrón.
• Motivación: Escenario de ejemplo para la aplicación del patrón.
• Aplicabilidad: Usos comunes y criterios de aplicabilidad del patrón.
• Estructura: Diagramas de clases oportunos para describir las clases que intervienen en el patrón.
• Participantes: Enumeración y descripción de las entidades abstractas (y sus roles) que participan en el patrón.
• Colaboraciones: Explicación de las interrelaciones que se dan entre los participantes.
• Consecuencias: Consecuencias positivas y negativas en el diseño derivadas de la aplicación del patrón.
• Implementación: Técnicas o comentarios oportunos de cara a la implementación del patrón.
• Código de ejemplo: Código fuente ejemplo de implementación del patrón.
• Usos conocidos: Ejemplos de sistemas reales que usan el patrón.
• Patrones relacionados: Referencias cruzadas con otros patrones.

¿Por qué usar patrones de diseño?

Si queremos desarrollar aplicaciones robustas y fáciles de mantener, debemos cumplir ciertas reglas, estas reglas de diseño son recomendables (muy recomendables), no son obligatorias. Siempre podemos decidir no aplicarlas, no es obligatorio utilizar los patrones, solo es aconsejable en el caso de tener el mismo problema o similar que soluciona el patrón, siempre teniendo en cuenta que en un caso particular puede no ser aplicable. "Abusar o forzar el uso de los patrones puede ser un error".

Los patrones de diseño nos ayudan a cumplir muchos de estos principios o reglas de diseño. Programación SOLID, control de cohesión y acoplamiento o reutilización de código son algunos de los beneficios que podemos conseguir al utilizar patrones.

Objetivos de los patrones de diseño:

• Proporcionar catálogos de elementos reusables en el diseño de sistemas software.
• Evitar la reiteración en la búsqueda de soluciones a problemas ya conocidos y solucionados anteriormente.
• Formalizar un vocabulario común entre diseñadores.
• Estandarizar el modo en que se realiza el diseño.
• Facilitar el aprendizaje de las nuevas generaciones de diseñadores condensando conocimiento ya existente.

Ventajas

Proporcionan una estructura conocida por todos los programadores, de manera que la forma de trabajar no resulte distinta entre los mismos. Así la incorporación de un nuevo programador, no requerirá conocimiento de lo realizado anteriormente por otro. Permiten tener una estructura de código común a todos los proyectos que implemente una funcionalidad genérica. La utilización de patrones de diseño, permite ahorrar grandes cantidades de tiempo en la construcción de software.

El software construido es más fácil de comprender, mantener y extender. Existen versiones ya implementadas de esta funcionalidad común (frameworks) como Struts o Velocity y que nos permiten centrarnos en desarrollar sólo la funcionalidad específica requerida por cada aplicación. Además, da mejor imagen de profesionalidad y calidad.

Desventajas:

Los proyectos reales raramente siguen el flujo secuencial que propone el modelo, siempre hay iteraciones y se crean problemas en la aplicación del paradigma.

Normalmente, es difícil para el cliente establecer explícitamente al principio  todos los requisitos. El ciclo de vida clásico lo requiere y tiene dificultades en acomodar posibles incertidumbres que pueden existir al comienzo de muchos productos.

El cliente debe tener paciencia. Hasta llegar a las etapas finales del proyecto, no estará disponible una versión operativa del programa. Un error importante no detectado hasta que el programa esté funcionando puede ser desastroso.