Design Patterns

Design Patterns im Überblick

Design Patterns sind bewährte, wiederverwendbare Lösungsschablonen für häufig auftretende Softwareprobleme. Sie wurden 1994 von der “Gang of Four” in ihrem einflussreichen Buch “Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software” katalogisiert. Für KI-Systeme sind Design Patterns besonders relevant: ML-Pipelines, Inferenz-Services und Daten-Prozessoren werden schnell komplex. Patterns wie Strategy, Factory und Observer helfen, diese Komplexität beherrschbar zu halten.

Design Patterns sind erprobte Lösungsansätze für Probleme, die in der Softwareentwicklung immer wieder auftreten. Sie wurden 1994 von der „Gang of Four” (GoF) in einem einflussreichen Buch katalogisiert.

Beispiel – Strategy Pattern:

// Verschiedene Embedding-Provider austauschbar machen
interface EmbeddingProvider {
  embed(text: string): Promise<number[]>;
}

class OpenAIEmbeddings implements EmbeddingProvider { ... }
class CohereEmbeddings implements EmbeddingProvider { ... }
class LocalEmbeddings implements EmbeddingProvider { ... }

// Zur Laufzeit austauschbar:
const provider: EmbeddingProvider = new OpenAIEmbeddings();

Technisch betrachtet

Die wichtigsten Patterns

Creational (Erzeugung):

• Factory: Objekte erstellen ohne konkrete Klasse zu kennen
• Singleton: Genau eine Instanz einer Klasse (z.B. DB-Connection)
• Builder: Komplexe Objekte Schritt für Schritt aufbauen

Structural (Struktur):

• Adapter: Inkompatible Interfaces kompatibel machen
• Decorator: Objekte dynamisch um Funktionalität erweitern
• Proxy: Zugriff auf ein Objekt kontrollieren (Caching, Logging)

Behavioral (Verhalten):

• Observer: Objekte über Änderungen benachrichtigen (Events)
• Strategy: Algorithmen austauschbar machen
• Command: Aktionen als Objekte kapseln (Undo/Redo)

Patterns in KI-Anwendungen

• Chain of Responsibility: LLM-Anfragen durch mehrere Handler leiten (Guardrails → Prompt → Model → Postprocessing)
• Strategy: Verschiedene Modelle oder Provider austauschbar halten
• Observer: Auf Streaming-Tokens reagieren
• Factory: Verschiedene Tool-Implementierungen für Function Calling