Padrões de Projetos (Design Patterns)

Design Patterns são soluções comprovadas para problemas recorrentes. No
mundo do desenvolvimento de software temos os padrões de projetos apresentados
no livro Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software
escrito por Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson e John Vlissides.

Os 23 padrões de projetos apresentados no livro são divididos em três categorias:

1. Padrões de Criação (Creational Patterns)
2. Padrões Estruturais (Structural Patterns)
3. Padrões Comportamentais (Behavioral Patterns)

Padrões de Criação (Creational Patterns)

O que são?

São os padrões que focam na forma como objetos são criados. Eles encapsulam
a lógica de instanciação, promovendo maior flexibilidade ao permitir que o
código fique independente da implementação concreta das classes que utiliza.

O objetivo principal é desacoplar o processo de criação dos objetos do seu
uso, facilitando mudanças e promovendo maior reutilização de código.

Problemas que resolvem

• Criação direta de objetos que depende de implementações específicas, dificultando a manutenção e evolução do código.
• Código duplicado relacionado à instância de objetos com lógica complexa de construção.
• Dependência de classes concretas, reduzindo a flexibilidade e a capacidade de testar.
• Incapacidade de controlar ou padronizar a criação de instâncias em contextos mais complexos (por exemplo, sistemas com muitas variações de objetos ou que exigem controle de ciclo de vida).

Exemplos de Padrões de Criação

• Singleton – Garante que uma classe tenha apenas uma instância e fornece um ponto global de acesso a ela.
• Factory Method – Define uma interface para criar um objeto, mas permite que subclasses decidam qual classe instanciar.
• Abstract Factory, é uma factory de factories, ou seja, é uma classe capaz de criar outras classes. É uma classe que encapsula múltiplos métodos de fábrica.
• Builder, utilizado para criação de objetos complexos, onde a criação do objeto depende de muitos parâmetros. O padrão de design Builder desacopla a atribuição de argumentos da criação de objetos e permite a construção de objetos complexos passo a passo.
• Prototype, utilizado para a criação de objetos ligeiramente diferentes. Isso é feito clonando um objeto existente e fazendo as alterações necessárias.

Desvantagens

Apesar de trazerem maior flexibilidade, os padrões de criação também têm
desvantagens:

• Complexidade de código: Introduzem várias interfaces, classes abstratas ou objetos auxiliares, o que pode aumentar o esforço de entendimento.
• Sobrecarga desnecessária: Para casos simples, aplicar padrões como Builder ou Abstract Factory pode ser exagero e resultar em overengineering.
• Dificuldade de depuração: A criação indireta pode dificultar o rastreamento da origem de objetos em ambientes com muitos níveis de abstração.
• Excesso de classes: Muitos desses padrões requerem várias classes ou estruturas auxiliares, o que pode poluir o projeto se não for bem organizado.

Padrões Estruturais (Structural Patterns)

O que são?

Os Padrões Estruturais tratam da forma como classes e objetos são
compostos para formar estruturas maiores. Seu principal objetivo é facilitar
o design de sistemas flexíveis e reutilizáveis, promovendo o baixo
acoplamento entre os componentes.

Eles se concentram em como as entidades são conectadas, facilitando a
extensão de funcionalidades sem necessidade de modificar o código
existente (aderência ao princípio Open/Closed).

Problemas que resolvem

• Acoplamento rígido entre classes que dificulta a reutilização.
• Designs que não escalam bem com o crescimento do sistema.
• Dificuldade em alterar a estrutura interna de objetos sem impactar o restante da aplicação.
• Incompatibilidade entre interfaces de classes que precisam trabalhar juntas.

Exemplos de Padrões Estruturais

• Adapter – Permite que interfaces incompatíveis trabalhem juntas.
• Bridge – Separa uma abstração da sua implementação.
• Composite – Permite tratar objetos individuais e composições de objetos de maneira uniforme.
• Decorator – Adiciona responsabilidades a objetos dinamicamente.
• Facade – Fornece uma interface simplificada para um subsistema complexo.
• Flyweight – Compartilha objetos para economizar memória.
• Proxy – Fornece um substituto ou representante de outro objeto.

Desvantagens

Embora tragam muitos benefícios, os padrões estruturais também têm
desvantagens, como:

• Complexidade adicional: Podem introduzir novas classes e interfaces, tornando o sistema mais difícil de entender.
• Sobrecarga de abstrações: O uso excessivo pode dificultar a manutenção por causa do número de camadas envolvidas.
• Desempenho: Em alguns casos, como com Proxy ou Decorator, pode haver uma penalidade de desempenho devido à delegação de chamadas.
• Dificuldade de depuração: Quando muitas estruturas envolvem um objeto, rastrear a origem de um problema pode se tornar mais difícil.

Padrões Comportamentais (Behavioral Patterns)

O que são?

Os Padrões Comportamentais tratam da comunicação e interação entre
objetos. Eles definem como responsabilidades são distribuídas entre os
objetos e como eles colaboram para realizar tarefas, respeitando o baixo
acoplamento e promovendo maior flexibilidade e reutilização.

Esses padrões ajudam a encapsular o comportamento e
delegar responsabilidades, tornando o código mais coeso e fácil de manter.

Problemas que resolvem

• Distribuição ineficiente de responsabilidades entre classes.
• Acoplamento forte entre objetos, dificultando a reutilização e testes.
• Dificuldade em alterar comportamentos sem modificar o código existente.
• Falta de flexibilidade nas interações entre objetos, levando à rigidez do sistema.
• Código com muitos condicionais para decidir qual comportamento executar.

Exemplos de Padrões Comportamentais

• Chain of Responsibility – Passa a solicitação por uma cadeia de objetos até que um deles a processe.
• Command – Encapsula uma solicitação como um objeto, permitindo parametrizar clientes com diferentes requisições.
• Interpreter – Avalia sentenças em uma linguagem, representando sua gramática com classes.
• Iterator – Fornece uma maneira de acessar os elementos de um objeto agregado sequencialmente sem expor sua estrutura interna.
• Mediator – Define um objeto que centraliza a comunicação entre objetos, promovendo o baixo acoplamento.
• Memento – Captura e externaliza o estado interno de um objeto sem violar seu encapsulamento.
• Observer – Define uma dependência um para muitos entre objetos para que, quando um objeto mudar de estado, todos os seus dependentes sejam notificados.
• State – Permite que um objeto altere seu comportamento quando seu estado interno muda.
• Strategy – Define uma família de algoritmos, encapsula cada um deles e os torna intercambiáveis.
• Template Method – Define o esqueleto de um algoritmo em uma operação, deixando alguns passos para as subclasses.
• Visitor – Permite adicionar operações a objetos de uma estrutura sem alterar suas classes.

Desvantagens

Embora úteis, os padrões comportamentais também apresentam desvantagens:

• Aumento da complexidade: Muitos padrões introduzem várias interfaces e classes auxiliares, o que pode complicar o projeto.
• Dificuldade de rastreamento: A lógica distribuída entre vários objetos ou métodos pode dificultar o entendimento do fluxo de execução.
• Possível sobrecarga de abstrações: Em casos simples, pode ser exagerado aplicar esses padrões, gerando código mais difícil de manter.
• Manutenção complexa: Comportamentos espalhados por múltiplos objetos ou delegados a outras classes podem dificultar a depuração e manutenção do sistema.