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Open-Closed Principle

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SOLID is a set of 5 principles for design in object oriented programming, defined by Robert C. Martin.

  • Single-responsibility principle
  • Open-closed principle
  • Liskov substitution principle
  • Interface segregation principle
  • Dependency Inversion principle

Open-Closed Principle – OCP

This is the second article in the series which discusses 5 basic object oriented design principles called SOLID. In the last post I presented the first one – SRP. Here I will write about the second one, Open-Closed Principle.

The official definition:

A software entity should be open for extension and closed for modification.

So, the way to enhance software is to extend them, not to change.

Or what?

If this principle is violated software modules can not be enhanced by extending them. Also, if changes introduced can impact the functionality of the current system and also can generate the need for other changes.

This principle is achieved by using abstractions.

It is strongly related with the SRP. If OCP is violated by extending a class through change it means that it will have more than one responsibility and SRP gets violated too.

Lets talk code

Lets say we have a GUI application which must draw circle and square shapes.

public class GUI {

    void drawCircle(Point origin, double radius){
        // draw circle code
    }

    void drawSquare(Point origina, double length){
        // draw square code
    }
}

This design violates the OCP because if we want to extend the application to draw also a triangle, we must change the GUI class.

A better design is to use abstractions and to create a Shape interface which is implemented by Circle and Square.

public interface Shape {

    void draw();
}


public class Circle implements Shape{

    @Override
    public void draw() {
        // draw code
    }

}


public class Square implements Shape{

    @Override
    public void draw() {
        // draw code
    }

}

The GUI class uses the Shape abstraction when drawing:

public class GUI {

    void drawShape(Shape sh) {
        sh.draw();
    }
}

If we want to extend the solution to draw also a triangle, we don’t have to change the GUI class. Just extend the class list by adding Triangle:

public class Triangle implements Shape{

    @Override
    public void draw() {
        // draw code
    }

}

Conclusion

Key point here is to use abstraction to enforce a closed system. The abstraction doesn’t change, just the implementations are extended.

If you want to read more about OCP check out:

Single responsibility principle

Standard

SOLID is a set of 5 principles for design in object oriented programming, defined by Robert C. Martin.

  • Single-responsibility principle
  • Open-closed principle
  • Liskov substitution principle
  • Interface segregation principle
  • Dependency Inversion principle

Single-reponsability principle – SRP

As the name indicates, this principle forces a class to have a single responsibility. The official definition is: A class should have one, and only one, reason to change.
e

Or what?

If this principle is violated and a class has at least two responsibilities, when a change occurs for one of them it is very likely that it will affect the other ones as well. This translates to changing more code than we would need.
Basically, loosely coupled responsibilities are promoted here and putting them into separate classes is the first step in achieving that.

What is a responsibility?

Responsibility = "reason to change" – as simple as that. To check if there are multiple responsibilities in a class, you should think the other way around: "How many motives of change would this class have?" If the answer is > 1 , you should extract responsibilities out of it.

Lets talk code

This Employee class violates SPR because it has business logic that calculates the salary and bonus and also the responsibility to persist the data.

public class Employee {

    private String name;
    private double salary;
    private double bonus;

    double calculateBonus() {
        // formula to calculate bonus
    }

    double calculateSalary() {
        // formula to calculate salary
    }

    void saveEmployee() {
        // create DB connection
        // save in DB
    }
}

Let’s extract the responsibilities in separate classes. The employee can be a POJO.

public class EmployeePojo {
    private String name;
    private double salary;
    private double bonus;
}

The business logic responsibility:

public class BusinessLogic {

    double calculateSalary(EmployeePojo emp){
        //calculate salary for employee
    }

    double calculateBonus(Employee pojo emp){
        //calculate bonus for employee
    }
}

Responsability to persist – manage DB connection and save employee data:

public class DBPersistence {

    Connection createDBConnection(){
        // create DB connection
    }

    void saveEmployee(EmployeePojo emp){
        // save employee
    }
}

The client code where the business logic class calculates salary&bonus and persistence is :

public class MainClass {
    public static void main(String args[]){
        EmployeePojo emp = new EmployeePojo();
        BusinessLogic bl = BusinessLogic.getInstance();
        emp.setBonus(bl.calculateBonus(emp));
        emp.setSalary(bl.calculateSalary(emp));
        DBPersistence p = DBPersistence.getInstance();
        p.saveEmployee(emp);
    }
}

Conclusion

As the author says, this is one of the most simple principles in object oriented design, but one of the hardest to get right. It happens mainly because it’s hard to spot multiple responsibilities. If you want to read more about SPR check out:

Concurrent programming in Java – Synchronizers

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Sets in Java

Standard

The Set interface in Java describes a collection of elements with no duplicates.

The most important implementations of the Set interface are:

  • HashSet – maintains no order
  • TreeSet – maintains natural ordering or ordered by a Comparator
  • LinkedHashSet – maintains insertion order

HashSet implementation

The HashSet implementation is backed by a HashMap collection. As HashMap does, it also permits a null element.

An example of use is:

Set<String> s = new HashSet<>();
s.add("Dog");
s.add("Cat");
s.add("Dog");
System.out.println(s);

As the Set contains no duplicates, the code above prints : [Cat, Dog]

Now let’s dig into the HashSet implementation. The class is declared like this:

public class HashSet<E>
extends AbstractSet<E>
implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
.....
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

We see in the code that it implements the Set interface and it uses a HashMap object to hold the elements.

Adding an element is very simple:

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

We see that the element is added as the key and the value used is the dummy object.

Simple is also the removal:

public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o)==PRESENT;
}

And the check if element is contained:

public boolean contains(Object o) {
    return map.containsKey(o);
}

Iteration over the collection:

Iterator<String> it = s.iterator();
while(it.hasNext()) {
    System.out.println(it.next());
}

or a simple way of writing:

for(String e : s) {
    System.out.println(e);
}

For a detailed look on the HashMap internals check this article.

TreeSet implementation

The TreeSet implementation is backed by a TreeMap. As the Java docs state "the elements are ordered using their natural ordering, or by a Comparator provided at set creation time, depending on which constructor is used."

The TreeSet class definition looks like this :

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
/**
 The backing map.
 */
private transient NavigableMap<E,Object> m;

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();

The no-arg constructor constructs the backing TreeMap:

public TreeSet() {
    this(new TreeMap<E,Object>());
}

The other useful constructor is the one that sets the comparator:

public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
    this(new TreeMap<>(comparator));
}

The addition, removal, contains check and iteration are the same as for the HashSet implementation.

LinkedHashSet implementation

This class extends the HashSet and is backed by a LinkedHashMap. This ensures the order of insertion is maintained, unlike the HashSet which doesn’t maintain any order of the elements.

The LinkedHashSet is defined like this:

public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {

Since it extends HashSet, the addition, removal, contains check and iteration are the same as for the HashSet implementation.

Collections in Java – the basics

Standard

Collections in Java – basics


Java offers common collection activities include adding objects, removing objects, verifying object inclusion, retrieving objects, and iterating. Generally speaking, collections can hold only objects, but primitives can be auto-boxed.

We have four basic flavors of collections:

  • java.util.List : describes a list of things; is ordered, has an index and allows duplicates
  • java.util.Set : describes a set of things; may be ordered and/or sorted, does not allow duplicates
  • java.util.Map : describes a map of things with keys; may be ordered and/or sorted, does not allow duplicate keys
  • java.util.Queue : describes a queue of things to process; ordered by priority or FIFO

Collections my be:

  • sorted : the elements are kept in a sorted order
  • unsorted
  • ordered : the elements can be iterated in a collection specific, non-random order
  • unordered

Common LIST implementing classes:

  • Vector – implementation of an array with the possibility to re-size automatically. the components are index accessible. all its methods are synchronized
  • ArrayList – similar with Vector but the methods are not synchronized; fast iteration and random access
  • LinkedList – implementation of a doubly linked list; fast to add elements to both ends
  • Stack – basic implementation of a stack (LIFO) ; extends the Vector class.

Common SET implementing classes:

  • HashSet – fast access, no order, no duplicates. the set is backed by a map.
  • LinkedHashSet – keeps insertion order, no duplicates
  • TreeSet – keeps sorted order, no duplicates

Common MAP implementing classes:

  • Hashtable – slow implementation of map because has synchronized methods; no null keys, no null values
  • HashMap – fast retrieve; faster add/remove; allows only one null key
  • LinkedHashMap – keeps insertion order, faster iteration
  • TreeMap – sorted map
  • ConcurentHashMap – "supporting full concurrency of retrievals and adjustable expected concurrency for updates" as the official javadoc states.

Common Queue implementing classes:

  • PriorityQueue – queue ordered by priority

Another important interface to talk about is the Iterator.

java.util.Iterator

Describes an iterator over a collection. The java.util.Collection interface provides a method to retrieve an Iterator. A classic example of using an iterator is:

Collection<String> c = *initialize and populate*
Iterator<String> it = c.iterator();

while( it.hasNext() ) {
    String s = it.next();
// do something with the string
    System.out.println(s);
}

There are two utility classes provided by the JDK, to work with collections: java.util.Collections and java.util.Arrays . These classes frequently use Comparators or the collections/arrays elements must implement Comparable. For using Comparable and Comparators, keep reading this article.

java.util.Collections

Provides the following common methods. This is a top view, so for more details check the javadocs here.

  • addAll(Collection c, T… elements) – useful when having an array to add in a collection
  • binarySearch() – used to search in a sorted collection. check all the binarySearch methods in the javadocs
  • min() and max()
  • replaceAll()
  • reverse()
  • sort()
  • synchronizedCollection() , synchronizedList() , synchronizedMap() , synchronizedSet() – retrieves a thread-safe type of collection backed by the specified one.

java.util.Arrays

Provides the following common methods. This is a top view, so for more details check the javadocs here.

  • asList() – returns a List object backed by the specified array
  • binarySearch() – used to search in a pre-sorted array. check all the methods in the javadoc
  • equals() – used to check two arrays of equality
  • sort() – used to sort the specified array