Advanced Programming Techniques - Cheatsheet

Verwendung von abstrakten Klassen und Interfaces

Definition:

Verwendung von abstrakten Klassen und Interfaces zur Definition von Schnittstellen und gemeinsamen Verhalten in der objektorientierten Programmierung.

Details:

• Abstrakte Klassen: Können nicht instanziiert werden, dienen als Basisklassen.
• Können abstrakte (ohne Implementierung) und nicht-abstrakte Methoden enthalten.
• Interfaces: Definieren nur Methoden und Konstanten, keine Implementationen.
• Eine Klasse kann mehrere Interfaces implementieren, aber nur von einer abstrakten Klasse erben.
• Nützlich zur Gewährleistung der Austauschbarkeit und Erweiterbarkeit von Komponenten.

Entwurfsmuster: Singleton, Factory, Adapter, Dekorator, Beobachter, Zustandsmuster

Definition:

Entwurfsmuster: Singleton, Factory, Adapter, Dekorator, Beobachter, Zustandsmuster

Details:

• Singleton: Stellt sicher, dass eine Klasse nur eine Instanz hat und bietet einen globalen Zugriffspunkt darauf.
• Factory: Erzeugungsmuster; eine Methode/Funktion zur Erstellung von Objekten ohne Angabe der konkreten Klasse.
• Adapter: Strukturmuster; passt die Schnittstelle einer Klasse an die einer anderen Klasse an.
• Dekorator: Fügt einer bestehenden Klasse zur Laufzeit Verantwortung hinzu, ohne ihre Struktur zu ändern.
• Beobachter: Verhaltensmuster; ein Objekt (Beobachter) wird über Zustandsänderungen eines anderen Objekts (Subjekt) informiert.
• Zustandsmuster: Verändert das Verhalten eines Objekts, wenn sich dessen Zustand ändert, und verwendet Zustandsklassen zur Durchführung zustandsabhängiger Operationen.

Lambda-Ausdrücke und Closures

Definition:

Anonyme Funktion, ohne Namen, direkt verwendet. Closure: Funktion mit Zugriff auf Umgebung, in der sie erstellt wurde.

Details:

• Syntax Lambda-Ausdruck: (Parameter) => Ausdruck
• Kann überall dort verwendet werden, wo eine Funktion benötigt wird
• Häufig in höheren Funktionen
• Closure speichert Variablen aus ihrer Erzeugungsumgebung
• Beispiel Closure: Funktion innerhalb einer Funktion, Zugriff auf äußere Variablen

Höhere Ordnung Funktionen

Definition:

Funktionen, die andere Funktionen als Parameter nehmen oder zurückgeben.

Details:

• Verwende Expressions wie map, filter und reduce.
• Implementiere mit lambda-Funktionen für Kurzdefinitionen.
• Erlauben funktionale Programmierungsparadigmen.
• Syntaktisch abhängig von der Programmiersprache.
• Ermöglicht flexiblere und wiederverwendbare Codesegmente.

Thread-Management und Synchronisationsmechanismen

Definition:

Verwaltung und Synchronisation von Threads, um parallele Ausführungen zu ermöglichen und Race Conditions zu vermeiden.

Details:

• Thread-Erstellung: \texttt{std::thread} in C++ oder \texttt{Thread} API in Java
• Synchronisationsmechanismen: Mutex (\texttt{std::mutex}), Semaphore (\texttt{std::counting\textunderscore semaphore}), Bedingungsvariablen (\texttt{std::condition\textunderscore variable})
• Deadlocks vermeiden: Reihenfolge der Sperren beachten, Deadlock-Detection und -Prevention-Algorithmen
• Wichtige Begriffe: Kontextwechsel, Thread-Pool, Thread-Sicherheit

Asynchrone Programmierung und Event-Loops

Definition:

Form der Programmierung zur parallelen Ausführung von Operationen ohne blockierende Wartezeiten.

Details:

• Event-Loop: zentrale Komponente, die Ereignisse verwaltet und ausführt
• Wichtig für I/O-intensive Anwendungen
• Promise: Objekt zur Verwaltung asynchroner Ergebnisse
• async/await: syntaktischer Zucker für Promises
• Concurrency über Task-Scheduling realisiert
• Nutzung in Sprachen wie JavaScript, Python (asyncio)

Client-Server-Architekturen und RPC

Definition:

Client-Server-Architekturen: ein Modell zur Verteilung von Aufgaben zwischen Service-Anbietern (Server) und Service-Nutzern (Client). Remote Procedure Calls (RPC): Methode zur Kommunikation zwischen Programmen auf verschiedenen Rechnern, Aufruf von Methoden als wären sie lokal.

Details:

• Client-Server-Architekturen:
• Trennung von Aufgaben und Zuständigkeiten
• Clients stellen Anfragen, Server antworten
• Zentrale Verwaltung und Wartung auf dem Server
• Remote Procedure Calls (RPC):
• Transparenter Methodenaufruf über Netzwerke
• Nutzung von Stubs und Skeletons zur Abstraktion
• Verarbeitung von Parametern und Rückgaben
• Fehlerbehandlung (z.B. Netzwerkausfälle)

Verteilte Transaktionen und Konsistenzmodelle

Definition:

Verteilte Transaktionen gewährleisten atomare Operationen über mehrere verteilte Knoten, um Konsistenz zu bewahren. Konsistenzmodelle definieren Regeln für die Sichtbarkeit und Reihenfolge von Änderungen in einem verteilten System.

Details:

• ACID-Eigenschaften: Atomarität, Konsistenz, Isolation, Dauerhaftigkeit
• 2-Phasen-Commit: Vorbereitung und Commit/Abort
• Konsistenzmodelle: Strikte, sequentielle, kausale Konsistenz
• CAP-Theorem: Konsistenz, Verfügbarkeit, Partitionstoleranz (nur zwei von drei möglich)
• Eventual Consistency: Änderungen werden irgendwann sichtbar