Padrões de Projetos: Introdução aos Padrões Front Controller e Command

O Front Controller � implementado em diversos frameworks de ponta que s�o utilizados em diversos projetos de diferentes complexidades. Exemplo de dois frameworks que utilizam o padr�o Front Controller � o Struts e o JSF, dois frameworks dos mais utilizados em projetos Java para aplica��es que executam na Web. Entendendo o Front Controller e entendendo o funcionamento do padr�o Command podemos entender muito melhor como ambos funcionam e como eles trabalham juntos para resolver problemas recorrentes nas aplica��es Web.

No restante do artigo veremos como funcionam ambos os padr�es, suas vantagens, desvantagens e como eles se relacionam no Front Controller. Tamb�m veremos um exemplo que demonstra a utiliza��o dos dois padr�es.

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Introduzindo o Padr�o Front Controller

O Front Controller ou Controlador Frontal � um padr�o arquitetural que se comporta como um controlador tratando todas as solicita��es para um site Web e ent�o roteia para uma a��o (ou comando).

Segue na Figura 1 um diagrama de classes UML mostrando o relacionamento do Front Controller com outras partes do padr�o.

Diagrama de classes do padr�o arquitetural Front Controller. — **Figura 1**. Diagrama de classes do padr�o arquitetural Front Controller

Sites relativamente complexos possuem funcionalidades que s�o similares entre si e que devem ser realizadas ao tratar solicita��es como: checar a seguran�a, internacionaliza��o, fornecer uma p�gina em resposta, etc. Se muitos desses comportamentos forem espalhados para diversos objetos temos uma enorme quantidade de duplica��o. Assim sendo, o objetivo principal do Front Controller � consolidar todo o tratamento de solicita��es atrav�s de um �nico objeto que faz essa manipula��o. Este objeto tamb�m pode ser alterado em tempo de execu��o atrav�s de decoradores.

No restante do artigo veremos melhor como � o funcionamento do padr�o, quais s�o suas vantagens, desvantagens e um exemplo pr�tico exemplificando o uso do padr�o.

Funcionamento

Basicamente o Front Controller trata todas as chamadas vindas de um site web e � organizado em duas partes: atrav�s de um Manipulador Web e uma hierarquia de Comandos. O Manipulador Web � o objeto que efetivamente recebe as solicita��es HTTP do tipo POST ou GET do servidor web. Ele extrai as informa��es necess�rias da URL e das solicita��es e ent�o decide que tipo de a��o iniciar e por fim delega a um objeto Comando para executar a a��o. Vale salientar que tanto o Manipulador Web quanto o objeto Comando s�o partes do Front Controller. Dessa forma, o Comando escolhe qual Vis�o (ou p�gina) usar para a resposta. O Manipulador Web tem como �nica responsabilidade escolher qual Comando executar.

O Manipulador Web � implementado como uma classe e n�o como uma p�gina servidora visto que ele n�o produz nenhuma resposta. Os Comandos tamb�m s�o implementados como classes ao inv�s de p�ginas servidoras. O Manipulador Web � visto como algo simples j� que a sua fun��o � apenas decidir qual comando executar.

Segue na Figura 2 um diagrama de sequ�ncia que ajudar a entender um pouco como funciona a mec�nica do padr�o Front Controller.

**Figura 2**. Diagrama de Sequ�ncia para o padr�o Front Controller

Como podemos observar na figura acima o Manipulador Web trata das solicita��es, analisa a URL e pode decidir qual comando executar. O Manipulador Web pode decidir qual Comando utilizar tanto de forma est�tica quanto din�mica. Na vers�o est�tica ele apenas analisa a URL e usa a l�gica condicional. Na vers�o din�mica ele pega um peda�o padr�o da URL e usa a instancia��o din�mica para criar uma classe comando. A forma din�mica ser� exemplificada mais adiante. Cada caso tem suas vantagens, na vers�o est�tica temos a vantagem da l�gica explicita, verifica��o de erros no despacho em tempo de compila��o e bastante flexibilidade na apar�ncia das URLs. Na vers�o din�mica podemos adicionar novos comandos sem alterar o Manipulador Web.

Vantagens

Utilizando o Front Controller devemos torna-lo �nico no servidor web, e por ser �nico precisa ser configurado apenas uma �nica vez. Com objetos Comando din�micos podemos adicionar novos Comandos sem alterar nada, o que tamb�m torna mais f�cil portar a aplica��o. Outra vantagem interessante � que como o nosso objeto Comando � criado a cada solicita��o n�o precisamos nos preocupar com a concorr�ncia.

Apesar de possuirmos apenas um controlador podemos usar decoradores para melhorar o comportamento do controlador em tempo de execu��o criando decoradores para autentica��o, codifica��o de caracteres, internacionaliza��o, etc.

Desvantagens

O Front Controller precisa ser configurado como �nico no servidor Web e a sua configura��o pode ser complicada dependendo do servidor. Tamb�m devemos ter cuidado para n�o compartilhar objetos nos Comandos ou ent�o a vantagem de n�o se preocupar com a concorr�ncia pode se tornar um problema.

Exemplo

No exemplo abaixo criaremos um projeto em Java utilizando Servlets para exemplificar o uso do padr�o Front Controller para um projeto Web.

A aplica��o � relativamente simples, mas demonstra claramente o objetivo do padr�o e como ele pode ser estruturado atrav�s de um controlador e objetos de comando associados. Basicamente temos uma aplica��o que tem uma p�gina inicial contendo um link para noticias e informa��es de um clube de futebol (gr�mio) e outro link para informa��es de outro clube de futebol (internacional). Dependendo do link clicado a aplica��o recebe a URL e desmembra essa URL em busca do Comando a ser chamado. Esse Comando ter� a responsabilidade de repassar para a tela do usu�rio a p�gina correta para a solicita��o do usu�rio.

Primeiramente criamos um projeto que est� organizado conforme a Figura 3. Podemos verificar dois pacotes: �commands� que possui os comandos chamados pelo Controller e o pacote �servlets� que possui o Controller respons�vel por receber as solicita��es vindas da Web.

Organiza��o do Projeto. — **Figura 3**. Organiza��o do Projeto

Segue na Listagem 1 o c�digo da classe Controller.


package servlets;

import java.io.IOException;

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import commands.Command;

public class Controller extends HttpServlet {

	protected void processRequest(HttpServletRequest request, 
    HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

        //Executa o Comando conforme a URL
        Command comando = null;
        
	try {
		comando = (Command)Class.forName("commands."+request
        .getParameter("command")).newInstance();
	} catch (InstantiationException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (IllegalAccessException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (ClassNotFoundException e) {
		e.printStackTrace();
	}
		
       comando.execute(request, response);
		
    }
    
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, 
    HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        processRequest(request, response);
    }
   
    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest request, 
    HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        processRequest(request, response);
    }
	
}

Listagem 1. Exemplo do c�digo-fonte da classe Controller

Podemos verificar no c�digo acima que os m�todos doGet() e doPost() recebem solicita��es HTTP do tipo GET ou POST. Ambos delegam para o m�todo processRequest() que pega o par�metro �command� da URL e associa com uma classe Command. Para exemplificar podemos considerar a URL abaixo:


http://localhost:8080/ProjetoFrontController/Controller?command=ExibePaginaGremistas

O nosso Controlador pega o que foi passado como valor no par�metro �command� (o valor est� depois do igual), ou seja, �ExibePaginaGremistas�, e chama a classe Comando que possui este nome. Por sua vez o Comando � respons�vel por direcionar o usu�rio para uma p�gina especifica. O Comando tamb�m poderia fazer diversas outras coisas mais especificas, mas nesse caso para exemplificar ele apenas chama a p�gina de exibi��o adequada para a solicita��o do usu�rio. Segue nas Listagens 2, 3 e 4 um exemplo da interface Command e das classes concretas ExibePaginaGremistas e ExibePaginaColorados.


package commands;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

public interface Command {

	public void execute(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response);
	
}

Listagem 2. Exemplo do c�digo-fonte da Interface Command


package commands;

import java.io.IOException;

import javax.servlet.RequestDispatcher;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

public class ExibePaginaColorados implements Command {

	public void execute(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
		try {

			RequestDispatcher d = request.getRequestDispatcher("/colorados.jsp");
			d.forward(request,response);

		} catch (IOException | ServletException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
}

Listagem 3. Exemplo do c�digo-fonte da classe ExibePaginaColorados


package commands;

import java.io.IOException;

import javax.servlet.RequestDispatcher;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

public class ExibePaginaGremistas implements Command {

	public void execute(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
		try {

			RequestDispatcher d = request.getRequestDispatcher("/gremistas.jsp");
			d.forward(request,response);

		} catch (IOException | ServletException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
}

Listagem 4. Exemplo do c�digo-fonte da classe ExibePaginaGremistas

Ambas as classes concretas redirecionam para as respectivas p�ginas �gremistas.jsp� ou �colorados.jsp�.

Segue nas Listagens 5, 6 e 7 como ficaram as JSPs �index.jsp�, �gremistas.jsp� e �colorados.jsp�.


<html>
<body>

<a href="/ProjetoFrontController/Controller?
command=ExibePaginaGremistas">Exibe P�gina para Gremistas</a>

<br/>

<a href="/ProjetoFrontController/Controller?
command=ExibePaginaColorados">Exibe P�gina para Colorados</a>

</body>
</html>

Listagem 5. Exemplo do c�digo-fonte da p�gina index.jsp


<%@taglib prefix="c" uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core"%>
<%@page contentType="text/html" pageEncoding="UTF-8"%>

<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

    <style type="text/css">
     .odd{ background-color:blue}
     .even{background-color:white}
     </style>  
</head>    

<body>

  Ol� Gremistas, confira tudo sobre o gr�mio aqui. <br/> <br/>

  <table border="1">
     <thead>
         <tr>
            <th>Not�cia</th>
            <th>Link</th>
         </tr>
     </thead>
     <tbody>
         <c:forEach var="i" begin="1" end="5" step="1" varStatus ="row">
             <c:choose>
                 <c:when test="${row.count % 2 == 0}">
                    <c:set var="estiloLinha" value="odd"  />
                 </c:when>
                 <c:otherwise>
                     <c:set var="estiloLinha" value="even"  />
                 </c:otherwise>
             </c:choose>

             <tr class="${estiloLinha}">
                 <td>
                    <c:out value="Not�cia n�mero ${i}"  />
                 </td>
                 <td>
                    <c:out value="Em breve! Aguarde." />
                 </td>
             </tr>
         </c:forEach>
     </tbody>
  </table>       

</body>
</html>

Listagem 6. Exemplo do c�digo-fonte da p�gina gremistas.jsp


<%@taglib prefix="c" uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core"%>
<%@page contentType="text/html" pageEncoding="UTF-8"%>

<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

 <style type="text/css">
    .odd{ background-color:red}
    .even{background-color:white}
    </style>  
</head>    

<body>

 Ol� Colorados, confira tudo sobre o inter aqui. <br/> <br/>

 <table border="1">
    <thead>
        <tr>
            <th>Not�cia</th>
            <th>Link</th>
        </tr>
    </thead>
    <tbody>
        <c:forEach var="i" begin="1" end="5" step="1" varStatus ="row">
            <c:choose>
                <c:when test="${row.count % 2 == 0}">
                    <c:set var="estiloLinha" value="odd"  />
                </c:when>
                <c:otherwise>
                   <c:set var="estiloLinha" value="even"  />
                </c:otherwise>
            </c:choose>

            <tr class="${estiloLinha}">
                <td>
                   <c:out value="Not�cia n�mero ${i}"  />
                </td>
                <td>
                   <c:out value="Em breve! Aguarde." />
                </td>
            </tr>
       </c:forEach>
    </tbody>
</table>       

</body>
</html>

Listagem 7. Exemplo do c�digo-fonte da p�gina colorados.jsp

Para executar este c�digo precisamos tamb�m configurar o arquivo web.xml para que o nosso Controller seja achado pelo framework. Segue o c�digo da Listagem 8.


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" 
xmlns:web="http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_2_5.xsd" 
xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee 
http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_2_5.xsd" id="WebApp_ID" 
version="2.5">

<display-name>Exemplo FrontController</display-name>

<welcome-file-list>
 <welcome-file>/index.jsp</welcome-file>
</welcome-file-list>

<servlet>
 <servlet-name>frontcontroller</servlet-name>
 <servlet-class>servlets.Controller</servlet-class>
</servlet>

<servlet-mapping>
 <servlet-name>frontcontroller</servlet-name>
 <url-pattern>/Controller</url-pattern>
</servlet-mapping>

</web-app>

Listagem 8. Exemplo do c�digo-fonte do arquivo de configura��o web.xml

Quando o usu�rio visitar a p�gina index.jsp ele possui duas op��es de visualiza��o, uma p�gina com noticias do gr�mio e uma p�gina com noticias do internacional. Dependendo de qual tipo de noticias ele queira visualizar o Controller analisa o link clicado e chama o Comando correspondente que ser� respons�vel por direcionar o usu�rio para a p�gina solicitada. Dessa forma, temos a exemplifica��o de como funciona o padr�o arquitetural Front Controller. Existem diversos frameworks que implementam este padr�o, o mais conhecido � o Struts atrav�s da ActionServlet e o JSF atrav�s do FacesServlet que � respons�vel por receber requisi��es HTTP e process�-las.

Introduzindo o Padr�o Command

O Padr�o de projeto Command encapsula uma solicita��o como um objeto, o que lhe permite parametrizar outros objetos com diferentes solicita��es, enfileirar ou registrar solicita��es e implementar recursos de cancelamento de opera��es.

Dessa forma o padr�o Command encapsula uma solicita��o vinculando um conjunto de a��es em um receptor especifico. Para fazer isto ele precisa empacotar as a��es e o receptor em um objeto que exp�e um �nico m�todo normalmente chamado execute(). Quando execute() � chamado ele invoca as a��es no receptor. Externamente nenhum outro objeto sabe o que realmente ser� invocado ou mesmo em qual receptor.

Segue na Figura 4 um diagrama de classes UML mostrando o relacionamento do Command com outras pe�as.

Diagrama de classes do padr�o <span class= — **Figura 4**. Diagrama de classes do padr�o Command

No diagrama acima o Cliente ser� respons�vel por criar um CommandConcreto e tamb�m dever� definir o seu Receptor. O Invocador possui um Command e em determinado momento pede para que o Command atenda a uma solicita��o chamando o seu m�todo execute(). A interface Command serve como interface para todos os Comandos concretos. O CommandConcreto implementa a interface Command e define um vinculo entre uma a��o e um Receptor. Basicamente um Invocador faz uma solicita��o chamando execute() e o CommandConcreto executa essa solicita��o chamando uma ou mais a��es no Receptor. O Receptor por sua vez sabe como executar as tarefas necess�rias para atender a solicita��o.

Funcionamento

O padr�o Command estabelece um conjunto de interfaces comum e permite desconectar o autor de uma solicita��o do objeto que dever� executar a a��o solicitada. Essa desconex�o � feita utilizando �objetos de Comando� que encapsula a solicita��o para fazer algo em um objeto espec�fico. Assim sendo, o solicitante n�o faz a menor ideia de como o Receptor far� a tarefa, ele apenas sabe que precisa chamar um Command e solicitar pelo seu m�todo execute() que se encarregar� de chamar o Receptor que realizar� todo o trabalho necess�rio.

Segue na Figura 5 um diagrama de sequ�ncia que ajuda a entender um pouco como funciona a mec�nica desse padr�o.

**Figura 5**. Diagrama de Sequ�ncia para o padr�o Command

Podemos verificar no diagrama de sequ�ncia acima que um Cliente � respons�vel por criar o Invocador, o Comando e o Receptor. Ap�s isso, o Cliente seta o comando no Invocador e solicita para que o Invocador fa�a alguma opera��o. O Invocador ser� respons�vel por chamar o m�todo execute() do Comando que por sua vez far� todo o trabalho necess�rio para executar uma determinada opera��o. Para realizar outra opera��o, bastaria criar um novo Comando, configura-lo no Invocador e chamar a opera��o do Invocador. Se quisermos criar um novo Receptor precisar�amos apenas criar um novo Comando para esse novo Receptor, e deixar para que o Cliente crie este Comando, sete e fa�a a opera��o normal. Ou seja, para criar novos Receptores e Comandos n�o mexemos uma linha no c�digo, apenas criamos mais artefatos que far�o parte da evolu��o do projeto.

Vantagens

Como o padr�o Command estabelece um conjunto comum de interfaces, isso acaba facilitando a inclus�o de novas classes no futuro, visto que n�o h� modifica��es no c�digo. Outra vantagem � que o padr�o evita precisarmos conhecer os detalhes espec�ficos de uma classe Receptora, bastando que um determinado Comando tenha esse conhecimento o que torna o c�digo mais simples e desacoplado evitando muitos �if�s� espalhados ou amontoados no c�digo.

Os Comandos tamb�m podem se tornar mais complexos atrav�s de MacroComandos que permitem a chamada simult�nea de m�ltiplos Comandos e permite revers�o de Comandos atrav�s da implementa��o de um m�todo undo(). Comandos tamb�m podem ser utilizados para implementar registros de a��es executadas (logging) e sistemas transacionais.

Desvantagens

O padr�o Command pode ser mal entendido ou demorar at� ser compreendido por programadores inexperientes ou que n�o conhecem padr�es de projeto. Isso pode acarretar em falhas ou desestrutura��o no c�digo.

Refer�ncias Bibliogr�ficas:

F. Martin. Padr�es de Arquitetura de Aplica��es Corporativas. Bookman, 2008.
Freeman E.; Head First Design Patterns, Segunda Edi��o. O�Reilly, 2009.

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Padr�es de Projetos: Introdu��o aos Padr�es Front Controller e Command

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