Advanced Design and Programming - Cheatsheet

Erzeugungsmuster: Singleton, Factory

Definition:

Erzeugungsmuster verwalten die Instanziierung von Objekten, Singleton stellt sicher, dass eine Klasse nur eine Instanz hat, Factory erzeugt Objekte auf Basis von Parametern oder Eingaben.

Details:

• Singleton: Nur eine Instaz einer Klasse, oft für Konfigurationsklassen genutzt.
• Factory Method: Erzeugt Objekte durch Aufruf einer Methode, ermöglicht flexible und erweiterbare Objektgenerierung.
• Abstract Factory: Bietet eine Schnittstelle zur Erstellung verwandter Objekte, ohne deren konkrete Klassen zu spezifizieren.
• Vorteile: Erhöht Modularität und unterstützt die Trennung von Implementierung und Nutzung.
• Nachteile: Kann zu schwer verständlichem Code führen, da die Instanziierung nicht explizit erscheint.

Verhaltensmuster: Observer

Definition:

Ein Verhaltensmuster, bei dem ein Objekt (Subject) eine Liste von abhängigen Objekten (Observer) verwaltet und diese über Zustandsänderungen benachrichtigt.

Details:

• Subject: Verwaltet Observer und benachrichtigt sie bei Zustandsänderungen.
• Observer: Wird über Zustandsänderungen im Subject informiert und reagiert darauf.
• Methoden: \texttt{attach()}, \texttt{detach()}, \texttt{notify()}.
• Schnittstellen: \texttt{Subject}, \texttt{Observer}.
• Vorteile: Entkopplung von Subject und Observer, einfache Erweiterbarkeit.
• Nachteile: Komplexität kann bei vielen Observern steigen, Performance-Overhead möglich.

Fortgeschrittene OOP-Konzepte

Definition:

Fortgeschrittene OOP-Konzepte befassen sich mit komplexeren Aspekten und Techniken der objektorientierten Programmierung, die über die Grundlagen hinausgehen.

Details:

• Vererbung: Hierarchie, Mehrfachvererbung, Diamond Problem
• Abstrakte Klassen: Definition, Unterschiede zu Interfaces
• Interfaces: Implementierung, Bedeutung, Vergleich mit abstrakten Klassen
• Polymorphie: Dynamisches Binden, Überschreiben vs. Überladen
• Design Patterns: Singleton, Factory, Observer, MVC
• Exception Handling in OOP: Ausnahmebehandlung und Fehlerfallmanagement
• Reflection: Laufzeit-Typüberprüfung und -manipulation
• Generics: Typsicherheit, Anwendung in Sammlungen
• Solid Principles: Single Responsibility, Open/Closed, Liskov Substitution, Interface Segregation, Dependency Inversion

Generics und Lambda-Ausdrücke

Definition:

Generics ermöglichen es, Klassen, Schnittstellen und Methoden mit Typenparametern zu definieren. Lambda-Ausdrücke ermöglichen es, anonyme Funktionen zu definieren und zu verwenden.

Details:

• Generics erhöhen die Typsicherheit und Wiederverwendbarkeit von Code.
• Syntax Generics: Klasse oder Methode(T param)
• Beispiel Generics: List stringList = new ArrayList<>();
• Lambda-Ausdrücke bieten eine prägnante Syntax für Implementierungen funktionaler Schnittstellen.
• Syntax Lambda: (Parameter) -> Ausdruck oder (Parameter) -> {Anweisung}
• Beispiel Lambda: list.sort((a, b) -> a.compareTo(b));

Parallele Programmierung: Synchronisationstechniken

Definition:

Techniken, um die Koordination und Konsistenz von parallel laufenden Prozessen oder Threads sicherzustellen.

Details:

• Mutex (Mutual Exclusion): Verhindert gleichzeitigen Zugriff auf eine Ressource
• Semaphore: Zählt verfügbare Ressourcen, kontrolliert Zugriff mehrerer Konsumenten
• Spinlock: Aktives Warten auf die Freigabe einer Ressource, oft in Multithread-Systemen genutzt
• Barrier: Synchronisationspunkt, an dem alle Threads warten, bis alle den Punkt erreicht haben
• Condition Variable: Wartet auf eine bestimmte Bedingung oder signalisiert diese
• Lock-free and Wait-free Algorithms: Techniken, bei denen keine Locks verwendet werden, um Deadlocks zu vermeiden
• Atomic Operations: Unteilbare Operationen, die keine Zwischenzustände erlauben

Schichtenarchitektur vs. Mikroservices

Definition:

Schichtenarchitektur: Eine Softwarearchitektur, bei der das System in verschiedene Schichten unterteilt ist, wobei jede Schicht eine bestimmte Funktion erfüllt. Mikroservices: Eine Architekturmethode, bei der eine Anwendung aus kleinen, unabhängigen Diensten besteht, die jeweils eine spezifische geschäftliche Funktion haben.

Details:

• Schichtenarchitektur: Aufteilung in Präsentationsschicht, Logikschicht, Datenschicht.
• Mikroservices: Unabhängige Bereitstellung, Skalierbarkeit, Nutzung verschiedener Technologien pro Service.
• Schichten bieten Modularität, klare Zuständigkeiten.
• Mikroservices erfordern aufwendigere Kommunikation, Datenmanagement.
• Schichtenarchitektur einfacher zu implementieren, Mikroservices bieten bessere Skalierbarkeit.

Automatisierte Testframeworks

Definition:

Automatisierte Testframeworks ermöglichen die automatisierte Ausführung von Unit-, Integrations-, System- und Abnahmetests.

Details:

• Ermöglichen schnelle Rückmeldung über Codequalität und Funktionalität.
• Nutzung von Assertions zur Validierung der Testergebnisse.
• Testabdeckung erhöht den Software-Vertrauenslevel.
• Beliebte Frameworks: JUnit (Java), pytest (Python), NUnit (.NET).
• Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD) Integration.
• \textit{Test Driven Development} (TDD) unterstützend.
• Reduzierung menschlicher Fehler und Zeitaufwand.

Refactoring: Code-Smells und Tools

Definition:

Verbesserung des bestehenden Codes ohne dessen Funktionalität zu ändern. Identifizierung und Behebung von Code-Smells.

Details:

• Code-Smells: Anzeichen für potenziell schlechte Codequalität. Beispiele: Duplizierter Code, lange Methoden, große Klassen, Switch Anweisungen.
• Refaktorisierungstechniken: Extrahiere Methode, Variablennamen umbenennen, Klassen aufteilen, Parameterlisten reduzieren.
• Tools: IntelliJ IDEA, Eclipse, Visual Studio, SonarQube zur Erkennung von Code-Smells und automatischen Refaktorisierungen.