Javaにおける抽象ドキュメントパターン：柔軟性によるデータ処理の簡素化

抽象ドキュメント設計パターンの意図

Javaにおける抽象ドキュメント設計パターンは、階層的およびツリー状のデータ構造を処理するための統一的な方法を提供する重要な構造的設計パターンです。様々なドキュメントタイプに対する共通インターフェースを定義することで、コアとなるドキュメント構造と特定のデータ形式を分離し、動的な更新と保守の簡素化を実現します。

実例を用いた抽象ドキュメントパターンの詳細な説明

Javaにおける抽象ドキュメント設計パターンは、非静的プロパティの動的な処理を可能にします。このパターンはトレイトの概念を用いて、型安全性を確保し、異なるクラスのプロパティをインターフェースの集合に分割します。

実世界の例

Javaで抽象ドキュメント設計パターンを実装した図書館システムを考えてみましょう。書籍には、紙媒体の書籍、電子書籍、オーディオブックなど、様々な形式と属性があります。それぞれの形式には、紙媒体の書籍であればページ数、電子書籍であればファイルサイズ、オーディオブックであれば再生時間など、固有のプロパティがあります。抽象ドキュメント設計パターンにより、図書館システムはこれらの様々な形式を柔軟に管理できます。このパターンを使用することで、システムは各書籍タイプの厳格な構造を必要とせずに、プロパティを動的に保存および取得でき、将来、コードベースに大きな変更を加えることなく、新しい形式や属性を追加することが容易になります。

簡単に言うと

抽象ドキュメントパターンは、オブジェクトにプロパティを付加することを可能にします。オブジェクト自身はそれらのプロパティについて知る必要はありません。

Wikipediaによると

疎結合なキーバリューストアでオブジェクトを編成し、型付きビューを使用してデータを公開するためのオブジェクト指向構造設計パターンです。このパターンの目的は、新しいプロパティをオブジェクトツリーに動的に追加でき、型安全性を維持できる、強く型付けされた言語において、コンポーネント間の高い柔軟性を実現することです。このパターンは、トレイトを使用してクラスの異なるプロパティを異なるインターフェースに分割します。

Javaにおける抽象ドキュメントパターンのプログラミング例

複数の部品から構成される自動車を考えてみましょう。しかし、特定の自動車が実際にすべての部品を持っているか、一部だけを持っているかは分かりません。私たちの自動車は動的で非常に柔軟性があります。

まず、基本クラス`Document`と`AbstractDocument`を定義しましょう。これらは基本的に、オブジェクトにプロパティマップと任意の数の子オブジェクトを持たせます。

public interface Document {

    Void put(String key, Object value);

    Object get(String key);

    <T> Stream<T> children(String key, Function<Map<String, Object>, T> constructor);
}

public abstract class AbstractDocument implements Document {

    private final Map<String, Object> properties;

    protected AbstractDocument(Map<String, Object> properties) {
        Objects.requireNonNull(properties, "properties map is required");
        this.properties = properties;
    }

    @Override
    public Void put(String key, Object value) {
        properties.put(key, value);
        return null;
    }

    @Override
    public Object get(String key) {
        return properties.get(key);
    }

    @Override
    public <T> Stream<T> children(String key, Function<Map<String, Object>, T> constructor) {
        return Stream.ofNullable(get(key))
                .filter(Objects::nonNull)
                .map(el -> (List<Map<String, Object>>) el)
                .findAny()
                .stream()
                .flatMap(Collection::stream)
                .map(constructor);
    }
    
    // Other properties and methods...
}

次に、列挙型`Property`と、型、価格、モデル、部品のインターフェースの集合を定義します。これにより、`Car`クラスに静的なインターフェースを作成できます。

public enum Property {

    PARTS, TYPE, PRICE, MODEL
}

public interface HasType extends Document {

    default Optional<String> getType() {
        return Optional.ofNullable((String) get(Property.TYPE.toString()));
    }
}

public interface HasPrice extends Document {

    default Optional<Number> getPrice() {
        return Optional.ofNullable((Number) get(Property.PRICE.toString()));
    }
}

public interface HasModel extends Document {

    default Optional<String> getModel() {
        return Optional.ofNullable((String) get(Property.MODEL.toString()));
    }
}

public interface HasParts extends Document {

    default Stream<Part> getParts() {
        return children(Property.PARTS.toString(), Part::new);
    }
}

これで、`Car`を導入する準備ができました。

public class Car extends AbstractDocument implements HasModel, HasPrice, HasParts {

    public Car(Map<String, Object> properties) {
        super(properties);
    }
}

最後に、完全な例で`Car`を構築して使用する方法を示します。

  public static void main(String[] args) {
    LOGGER.info("Constructing parts and car");

    var wheelProperties = Map.of(
            Property.TYPE.toString(), "wheel",
            Property.MODEL.toString(), "15C",
            Property.PRICE.toString(), 100L);

    var doorProperties = Map.of(
            Property.TYPE.toString(), "door",
            Property.MODEL.toString(), "Lambo",
            Property.PRICE.toString(), 300L);

    var carProperties = Map.of(
            Property.MODEL.toString(), "300SL",
            Property.PRICE.toString(), 10000L,
            Property.PARTS.toString(), List.of(wheelProperties, doorProperties));

    var car = new Car(carProperties);

    LOGGER.info("Here is our car:");
    LOGGER.info("-> model: {}", car.getModel().orElseThrow());
    LOGGER.info("-> price: {}", car.getPrice().orElseThrow());
    LOGGER.info("-> parts: ");
    car.getParts().forEach(p -> LOGGER.info("\t{}/{}/{}",
            p.getType().orElse(null),
            p.getModel().orElse(null),
            p.getPrice().orElse(null))
    );
}

プログラム出力

07:21:57.391 [main] INFO com.iluwatar.abstractdocument.App -- Constructing parts and car
07:21:57.393 [main] INFO com.iluwatar.abstractdocument.App -- Here is our car:
07:21:57.393 [main] INFO com.iluwatar.abstractdocument.App -- -> model: 300SL
07:21:57.394 [main] INFO com.iluwatar.abstractdocument.App -- -> price: 10000
07:21:57.394 [main] INFO com.iluwatar.abstractdocument.App -- -> parts: 
07:21:57.395 [main] INFO com.iluwatar.abstractdocument.App -- 	wheel/15C/100
07:21:57.395 [main] INFO com.iluwatar.abstractdocument.App -- 	door/Lambo/300

抽象ドキュメントパターンのクラス図

抽象ドキュメントのトレイトとドメイン

Javaで抽象ドキュメントパターンを使用する場合

抽象ドキュメント設計パターンは、共通の属性や動作を共有するが、個々のタイプに固有の属性や動作も持つ、Javaで異なるドキュメントタイプを管理する必要があるシナリオで特に役立ちます。抽象ドキュメント設計パターンが適用できるシナリオをいくつか示します。

• コンテンツ管理システム（CMS）：CMSでは、記事、画像、動画など、様々な種類のコンテンツを持つ可能性があります。各コンテンツタイプには、作成日、作成者、タグなどの共有属性を持つ一方で、画像の寸法や動画の長さなど、特定の属性を持つこともあります。

• ファイルシステム：ドキュメント、画像、オーディオファイル、ディレクトリなど、様々な種類のファイルを管理する必要があるファイルシステムを設計する場合、抽象ドキュメントパターンは、ファイルサイズ、作成日などの属性に一貫したアクセス方法を提供するのに役立ち、画像解像度やオーディオの長さなどの特定の属性も許可します。

• Eコマースシステム：Eコマースプラットフォームには、物理的な製品、デジタルダウンロード、サブスクリプションなど、異なる製品タイプがある可能性があります。各タイプには、名前、価格、説明などの共通属性を持つ一方で、物理的な製品であれば配送重量、デジタル製品であればダウンロードリンクなど、固有の属性を持つこともあります。

• 医療記録システム：医療において、患者の記録には、人口統計、病歴、検査結果、処方箋など、様々な種類のデータが含まれる場合があります。抽象ドキュメントパターンは、患者IDや生年月日などの共有属性を管理するのに役立ち、検査結果や処方薬などの専門的な属性にも対応できます。

• 構成管理：ソフトウェアアプリケーションの構成設定を扱う場合、それぞれ独自の属性セットを持つ異なるタイプの構成要素がある可能性があります。抽象ドキュメントパターンを使用してこれらの構成要素を管理し、属性へのアクセスと操作の一貫性を確保できます。

• 教育プラットフォーム：教育システムには、テキストベースのコンテンツ、ビデオ、クイズ、課題など、様々な種類の学習教材がある可能性があります。タイトル、著者、発行日などの共通属性を共有できますが、ビデオの長さや課題の期日などの固有属性は各タイプに固有です。

• プロジェクト管理ツール：プロジェクト管理アプリケーションでは、TODOアイテム、マイルストーン、課題など、様々なタイプのタスクがある可能性があります。抽象ドキュメントパターンを使用して、タスク名や担当者などの一般的な属性を処理し、マイルストーンの日付や課題の優先度などの特定の属性を許可できます。

• ドキュメントは多様で進化する属性構造を持っています。

• 新しいプロパティを動的に追加することは一般的な要件です。

• 特定の形式からデータアクセスを分離することが重要です。

• 保守性と柔軟性はコードベースにとって重要です。

抽象ドキュメント設計パターンの背後にある中心的なアイデアは、共有および異なる属性を持つ様々なタイプのドキュメントまたはエンティティを管理するための柔軟で拡張可能な方法を提供することです。共通インターフェースを定義し、それを様々なドキュメントタイプに実装することで、複雑なデータ構造を処理するためのより組織的で一貫性のあるアプローチを実現できます。

抽象ドキュメントパターンのメリットとデメリット

メリット

• 柔軟性：多様なドキュメント構造とプロパティに対応します。

• 拡張性：既存のコードを壊すことなく、動的に新しい属性を追加できます。

• 保守性：懸念事項の分離により、クリーンで適応可能なコードを促進します。

• 再利用性：型付きビューにより、特定の属性タイプのアクセスのためのコードの再利用が可能になります。

デメリット

• 複雑性：インターフェースとビューの定義が必要であり、実装のオーバーヘッドが増加します。

• パフォーマンス：直接的なデータアクセスと比較して、わずかなパフォーマンスオーバーヘッドが発生する可能性があります。

参考文献

• デザインパターン：再利用可能なオブジェクト指向ソフトウェアの要素
• Javaデザインパターン：実践的な実例による体験
• パターン指向ソフトウェアアーキテクチャ 第4巻：分散コンピューティングのためのパターン言語（第4版）
• エンタープライズアプリケーションアーキテクチャのパターン
• 抽象ドキュメントパターン（Wikipedia）
• プロパティの処理（マーティン・ファウラー）