Javaにおけるサブクラスサンドボックスパターン：サンドボックス技術によるコード再利用性の向上

別名

• フックメソッド

サブクラスサンドボックスデザインパターンの目的

Javaのサブクラスサンドボックスデザインパターンは、サブクラスが特定のメソッドの具体的な実装を提供することで、全体的な構造を変更せずにクラスのコア動作を変更できるようにします。

実際の例を用いたサブクラスサンドボックスパターンの詳細な説明

実際の例

料理教室で、講師が「材料の準備」「調理」「盛り付け」などの手順を含む標準的なレシピ構造を提供する場面を想像してみてください。生徒はそれぞれこの構造に従いますが、特定の手順をカスタマイズして独自の料理を作ることができます。例えば、ある生徒はサラダを作ることを選択し、別の生徒は炒め物を作ることを選択しますが、どちらも同じ全体的なレシピ形式に従います。このように、講師はすべての料理が一貫したプロセスに従って作られることを保証しますが、生徒はレシピの重要な部分を自由にカスタマイズできます。これはサブクラスサンドボックスパターンを反映しており、コア構造はスーパークラスによって定義され、特定の動作はサブクラスでカスタマイズされます。

分かりやすく言うと

サブクラスサンドボックスパターンは、スーパークラスによって提供される定義済みのアルゴリズム構造内で、サブクラスが特定の動作をカスタマイズできるようにします。

gameprogrammingpatterns.comによると

基底クラスは、抽象的なサンドボックスメソッドといくつかの提供された操作を定義します。それらをprotectedとマークすることで、派生クラスで使用することを明確にします。各派生サンドボックス化サブクラスは、提供された操作を使用してサンドボックスメソッドを実装します。

Javaにおけるサブクラスサンドボックスパターンのプログラム例

サブクラスサンドボックスパターンを使用することで、開発者はJavaアプリケーション内で明確な機能を作成し、ゲーム開発とソフトウェア設計を強化できます。

ゲームで様々な超能力を作成したいとします。それぞれの超能力は効果音とともに移動し、パーティクルを生成する必要があります。同様のメソッドを持つ多くのクラスを作成するか、基底クラスから派生させる必要がありますか？ サブクラスサンドボックスパターンを使用すると、これらのクラスを共通の基底クラスから派生させることで、これを効率的に処理できます。

基底クラス `Superpower` から始めます。これには、抽象サンドボックスメソッド `active`といくつかの提供された操作が含まれています。

public abstract class Superpower {

  protected Logger logger;

  protected abstract void activate();

  protected void move(double x, double y, double z) {
    logger.info("Move to ( " + x + ", " + y + ", " + z + " )");
  }

  protected void playSound(String soundName, int volume) {
    logger.info("Play " + soundName + " with volume " + volume);
  }

  protected void spawnParticles(String particleType, int count) {
    logger.info("Spawn " + count + " particle with type " + particleType);
  }
}

次に、提供された操作を使用してサンドボックスメソッドを実装する、派生サンドボックス化サブクラスを作成できます。これが最初の能力です。

public class SkyLaunch extends Superpower {

  public SkyLaunch() {
    super();
    logger = LoggerFactory.getLogger(SkyLaunch.class);
  }

  @Override
  protected void activate() {
    move(0, 0, 20);
    playSound("SKYLAUNCH_SOUND", 1);
    spawnParticles("SKYLAUNCH_PARTICLE", 100);
  }
}

これが2番目の能力です。

public class GroundDive extends Superpower {

  public GroundDive() {
    super();
    logger = LoggerFactory.getLogger(GroundDive.class);
  }

  @Override
  protected void activate() {
    move(0, 0, -20);
    playSound("GROUNDDIVE_SOUND", 5);
    spawnParticles("GROUNDDIVE_PARTICLE", 20);
  }
}

最後に、アクティブな超能力を紹介します。

public static void main(String[] args) {
    LOGGER.info("Use superpower: sky launch");
    var skyLaunch = new SkyLaunch();
    skyLaunch.activate();
    LOGGER.info("Use superpower: ground dive");
    var groundDive = new GroundDive();
    groundDive.activate();
}

プログラム出力

13:10:23.177 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.App -- Use superpower: sky launch
13:10:23.179 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.SkyLaunch -- Move to ( 0.0, 0.0, 20.0 )
13:10:23.180 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.SkyLaunch -- Play SKYLAUNCH_SOUND with volume 1
13:10:23.180 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.SkyLaunch -- Spawn 100 particle with type SKYLAUNCH_PARTICLE
13:10:23.180 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.App -- Use superpower: ground dive
13:10:23.180 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.GroundDive -- Move to ( 0.0, 0.0, -20.0 )
13:10:23.180 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.GroundDive -- Play GROUNDDIVE_SOUND with volume 5
13:10:23.180 [main] INFO com.iluwatar.subclasssandbox.GroundDive -- Spawn 20 particle with type GROUNDDIVE_PARTICLE

Javaでサブクラスサンドボックスパターンを使用する場合

• ユーザーがクラスを拡張することで独自の動作を定義できるフレームワークを作成する場合に使用します。
• 特定のアルゴリズム構造を強制しながら、特定の手順をオーバーライドできるようにする必要があるシナリオに適用できます。

Javaにおけるサブクラスサンドボックスパターンの実際のアプリケーション

• フレームワークが構造を提供し、サブクラスが specifics を実装するGUIフレームワークのテンプレートメソッドパターン。
• コアゲームループが定義されているが、特定の動作はサブクラス化によって提供されるゲーム開発。
• コアメソッドが定義され、特定の動作をクラスの拡張によってカスタマイズできる `AbstractList` のようなJavaライブラリ。

サブクラスサンドボックスパターンの利点とトレードオフ

利点

Javaのサブクラスサンドボックスパターンは

• スーパークラスで共有コードを許可することで、コードの再利用を促進します。
• サブクラス化によって新しい動作の追加を簡素化します。
• アルゴリズムの構造を特定の実装から分離することで、コードの可読性と保守性を向上させます。

トレードオフ

• 多数のサブクラスにつながる可能性があります。
• 基底クラスが様々な拡張に対して十分に柔軟であることを保証するために、慎重な設計が必要です。
• 継承の複数のレイヤーにより、コードフローの理解が複雑になります。

関連するJavaデザインパターン

• ストラテジー：どちらも交換可能な動作を含みますが、ストラテジーパターンは継承ではなくコンポジションを使用します。
• テンプレートメソッド：特定の手順をサブクラスでオーバーライドできる構造を強制するという点で似ています。

参考文献とクレジット

• 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
• Effective Java
• ゲームプログラミングパターン
• サブクラスサンドボックス（ゲームプログラミングパターン）