Tìm hiểu chung về Design Patterns, tổng hợp mẫu design patterns

mẫu thiết kế cho phần mềm
mẫu thiết kế cho phần mềm

Trong lĩnh vực phát triển phần mềm. Các lập trình viên muốn phát triển trở thành một dev giỏi cần biết đôi chút về Design Pattern, đây là một giải pháp chung để giải quyết các vấn đề phổ biến trong phần mềm về lập trình hướng đối tượng OOP.

Design pattern là gì?

Design patterns (mẫu thiết kế) là một kỹ thuật trong lập trình hướng đối tượng. Nó là tập các giải pháp chung cho những vấn đề phổ biến khi thiết kế phần mềm trong lập trình hướng đối tượng OOP. Đây là các giải pháp đã được công nhận là tài liệu có giá trị. Những người phát triển có thể áp dụng những giải pháp này để giải quyết các vấn đề tương tự.

Với sự đúc kết và công nhận từ nhiều nhà nghiên cứu, Design Pattern là mẫu chuẩn tối ưu nhất, nó có thể áp dụng để giải quyết không chỉ một vấn đề mà nhiều vấn đề có tính chất tương tự nhau, lặp đi lặp lại nhiều lần trong lập trình.

Design Pattern không phải để dành riêng cho một ngôn ngữ lập trình cụ thể. Mẫu thiết kế này có thể được áp dụng trong hầu hết các ngôn ngữ lập trình OOP như: PHP, C#, Java, Python, Javascript,… và nhiều ngôn ngữ khác.

Để học Design Pattern cần có gì?

Design Pattern sử dụng nền tảng của lập trình hướng đối tượng nên áp dụng 4 đặc tính của OOP. Muốn học Design Pattern, bạn cần phải có kiến thức vững chắc về lập trình OOP, cụ thể là:

  • 4 đặc tính: Trừu tượng, Đóng gói, Đa hình, Kế thừa
  • 3 khái niệm: abstract class, interface và static

Hiểu được và áp dụng các kiến thức nêu trên là rất cần thiết để học tốt Design Pattern và giúp bản thân đạt cảnh giới cao hơn.

Design pattern có tác dụng gì?

Lập trình viên có thể sử dụng các giải pháp này để giải quyết các vấn đề tương tự. Những vấn đề mà bạn gặp phải trong phần mềm của bạn có thể bạn sẽ tự nghĩ ra cách giải quyết nhưng có thể nó chưa phải là giải pháp tối ưu nhất.

Bạn cần phải hiểu rõ là nó không phải là ngôn ngữ cụ thể nào cả. Design patterns có thể thực hiện được ở hầu hết các ngôn ngữ lập trình. Nó giúp bạn giải quyết vấn đề một cách tối ưu nhất.

Design pattern có tác dụng gì
Design pattern có tác dụng gì

Dưới đây là một số công dụng khi sử dụng design pattern:

  • Design Pattern giúp bạn tái sử dụng mã lệnh và mở rộng một cách dễ dàng.
  • Nó là tập hơn những giải pháp đã được tối ưu hóa, kiểm chứng để giải quyết các vấn đề trong phần mềm.
  • Giúp cho các lập trình viên có thể hiểu code của người khác 1 cách nhanh chóng. Điều này rất có lợi khi làm việc nhóm.
  • Design pattern có thể giúp thiết kế của chúng ta linh hoạt, dễ dàng thay đổi và bảo trì hơn.
  • Design pattern giúp cho dự án của chúng ta dễ bảo trì, nâng cấp và mở rộng nó về sau.
  • Hơn nữa do design pattern đã được các nhà nghiên cứu đúc kết ra nên khi sử dụng design pattern thì chúng ta sẽ hạn chế được các lỗi lớn, các vấn đề tiềm ẩn có thể có.
  • Design pattern cung cấp giải pháp ở dạng tổng quát, giúp tăng tốc độ phát triển phần mềm bằng cách đưa ra các mô hình test, mô hình phát triển đã qua kiểm nghiệm.

Khi nào nên sử dụng Design pattern?

Đó là khi bạn muốn giữ cho chương trình của mình thực sự đơn giản. Việc sử dụng các design pattern sẽ giúp chúng ta giảm được nhiều thời gian và công sức để suy nghĩ ra các cách giải quyết cho những vấn đề đã có lời giải.

Lợi ích mang lợi của việc sử dụng các mô hình Design Pattern vào phần mềm đó chính là giúp chương trình chạy uyển chuyển hơn, dễ dàng quản lý tiến trình hoạt động, dễ nâng cấp bảo trì, …

Bạn có thể tìm đọc qua cuốn “Head First Design Patterns” để có cái nhìn tổng quát hơn về design pattern.

Design Pattern quan trọng vì sao?

1. Giúp hạn chế lỗi tiềm ẩn

Việc sử dụng giải pháp đã được chứng minh và công nhận sẽ giảm bớt những rủi ro hơn là tự mình thử nghiệm giải pháp mới phải không? Vậy nên bạn sẽ không còn lo lắng về các lỗi tiềm ẩn có thể sảy ra nữa.

2. Giúp phát triển phần mềm trở nên dễ dàng hơn

Loại bỏ thời gian thừa của developer khi phải suy nghĩ giải pháp cho một vấn đề. Design Pattern đưa ra các mô hình phát triển đã qua kiểm nghiệm giúp developer có được hướng giải quyết nhanh chóng và hiệu quả.

Những kĩ thuật này đã được phát triển thông qua kinh nghiệm của các chuyên gia. Các thiết kế này được gọi là design pattern. Chúng cung cấp các mẫu thiết kế có thể áp dụng vào dự án của bạn và giải quyết các vấn đề chung. Chúng không phải thư viện hay module. Chúng là những guidelines để bạn tích hợp vào core của thiết kế để tạo nên các hệ thống hướng đối tượng linh hoạt và dễ bảo trì.

3. Hỗ trợ tái sử dụng mã lệnh

Các mẫu thiết kế có thể được sử dụng hàng triệu lần mà không nảy sinh bất cứ vấn đề nào. Developer cũng dễ dàng mở rộng, nâng cấp và bảo trì để đáp ứng được các yêu cầu thay đổi liên tục của phần mềm.

4. Giúp code dễ đọc hơn

Việc sử dụng Design Pattern giúp cho code dễ đọc hơn, developer khi làm việc nhóm cũng giao tiếp thuận lợi hơn vì có được tiếng nói chung.

5. Cải thiện các kĩ năng lập trình hướng đối tượng

Học nền tảng cơ bản của design pattern bạn sẽ biết được tập hợp các nguyên tắc thiết kế khác vượt qua cơ sở của hướng đối tượng. Những nguyên lý thiết kế này có thể áp dụng khi bạn tạo lớp (classes) hoặc đối tượng (object). Biết được những nguyên lý bổ sung này kết hợp vào các mẫu thiết kế (design pattern), bạn sẽ kiến trúc và thiết kế hướng đối tượng tốt hơn.

6. Tìm kiếm sự thật và cái đẹp

Khi bạn dành nhiều công sức vào việc học để tạo và xây dựng các hệ thống hướng đối tượng trong dự án. Bạn có thể thu được nhiều lợi ích từ sự khôn ngoan đến từ việc nghiên cứu và sử dụng các design pattern. Như chúng ta đã biết, design pattern không tự nghĩ mà chúng xuất hiện từ cái nhìn sâu sắc thông qua việc chăm chỉ và trải nghiệm từ việc xây dựng nhiều hệ thống. Khi học design pattern, bạn có thể cảm thấy giống như nhìn qua vai của một kiến trúc sư đầy kinh nghiệm. Hướng tới việc xây dựng phầm mềm tốt hơn và dễ bảo trì, mở rộng hơn.

Phân loại design pattern

Tổng hợp các mẫu design pattern được chia thành 3 nhóm chính:

  • Nhóm Creational – Nhóm khởi tạo (5 mẫu)
  • Nhóm Structural – Nhóm cấu trúc (7 mẫu)
  • Nhóm Behavioral – Nhóm hành vi (11 mẫu)
Phân loại design pattern
Phân loại design pattern

1. Creational Design Patterns (Nhóm khởi tạo)

Là một lập trình viên, chắc chắn bất cứ ai trong chúng ta cũng đều dành phần lớn thời gian để khởi tạo các lớp và đối tượng. Đó cũng chính là lý do mà các design patterns này đã ra đời nhằm giúp cho việc khởi tạo các lớp và đối tượng một cách thông minh, khoa học và hiệu quả hơn trong một số trường hợp cụ thể.

Việc khởi tạo một đối tượng mới chỉ cần new ClassName là đủ rồi mà, có gì khó khăn đâu mà cần phải có cả một nhóm design pattern? Đúng là như vậy, trong hầu hết các trường hợp để khởi tạo một đối tượng chúng ta sẽ sử dụng trực tiếp câu lệnh new ClassName. Nhưng không chỉ dễ dàng như vậy, đâu phải lúc nào cũng thích new là new được đâu. Việc khởi tạo ra một đối tượng mới đôi khi phải trải qua một vài điều kiện, vài logic thì mới có thể được thực hiện được.

Sau nhiều năm tích lũy kinh nghiệm, trải qua nhiều dự án, các bậc tiền bối xưa đã sáng tạo ra một số design pattern để phục vụ cho việc khởi tạo đối tượng.

Một vài pattern nhóm khởi tạo như:

2. Structural Design Patterns (Nhóm cấu trúc)

Nhóm các design patterns này ra đời nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến cách tổ chức, thiết lập và định nghĩa lớp, đối tượng sao cho linh hoạt, ngăn nắp để dễ dàng thay đổi, hay mở rộng code về sau.

Thông thường một phần mềm thay đổi tính năng là điều xảy ra như “cơm bữa”. Nếu như bạn không muốn mỗi lần thay đổi chức năng là một lần phải đập đi làm lại cả hệ thống. Thì bạn nên có cách tổ chức linh hoạt để có thể thực hiện sự thay đổi, mở rộng một cách dễ dàng hơn.

Structural Design Patterns
Structural Design Patterns

Cụ thể, một vài pattern cấu trúc này như sau:

  • Adapter
  • Bridge
  • Composite
  • Decorator
  • Facade
  • Flyweight
  • Proxy

3. Behavioral Design Patterns (Nhóm hành vi)

Behavioral Pattern (nhóm hành vi): Các design patterns thuộc nhóm này ra đời nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến việc thực hiện các hành vi của đối tượng và giao tiếp giữa các đối tượng khác nhau.

Biết rằng: mỗi lớp, đối tượng trong dự án sẽ chịu một trách nhiệm riêng, nhưng khi dự án của mình trở nên lớn và công kềnh thì rất khó để đảm bảo được điều đó. Vì vậy các design pattern loại này sẽ giúp bạn quản lý hành vi, trách nhiệm của các lớp một cách dễ dàng hơn.

Một vài pattern nhóm hành vi như:

  • Chain of Responsibility
  • Command
  • Iterator
  • Mediator
  • Memento
  • Observer
  • State
  • Strategy
  • Template Method
  • Visitor

Kết luận

Design pattern là một mẫu thiết kế được áp dụng rất nhiều trong quá trình phát triển phần mềm.

  • Việc sử dụng design patter giúp code được tối ưu hóa, dễ tái sử dụng. Người khác dễ dàng nắm bắt được code của bạn. Dễ nâng cấp sửa chữa. Giúp cho lập trình viên có thể dễ dàng communicate với nhau.
  • Để nắm rõ, hiểu các design pattern là một quá trình dài, bởi có vài pattern cứ gần gần giống nhau. Chưa kể tới việc bạn cần phải có cơ hội thì mới có thể áp dụng được. Vì một số pattern cần phải có hoàn cảnh phù hợp thì bạn mới thấy được công dụng của nó.

Bài viết này chỉ dừng lại ở mức độ làm quen, giới thiệu các pattern. Về chi tiết từng pattern thế nào mình sẽ cập nhập ở những bài viết tiếp theo. Cảm ơn các bạn đã quan tâm tới bài viết của mình!

Tài liệu tham khảo