设计模式

参考书目：《大话设计模式》、《软件工程原理》

面向对象

  • 四大好处：可维护、可扩展、可复用、灵活性好

第一章 简单工厂模式

simple

  • 所有在用简单工厂的地方，都可以考虑用反射技术来去除switch或if，解除分支判断带来的耦合。
    • 通过创建反射类，结合配置文件将具体要创建的类的选择过程从工厂类的代码中解放出来，反射类中也没有switch，而是在配置文件中一一对应好，这样客户端只要传入要操作的类型就可以了。
    • 这样工厂代码彻底实现了开——闭原则，即使要增加新的类也不需要修改工厂类。

第二章 策略模式

strategy

  • 策略模式：它定义了算法家族，分别封装起来，让他们之间可以互相调换，此模式让算法的变化，不会影响到使用算法的客户。

  • 策略模式是一种定义一系列算法的方法，从概念上看，所有这些算法完成的都是相同的工作，只是实现不同，它可以以相同的方式调用所有的方法，减少了各类算法类与使用算法类之间的耦合。

  • 策略模式的Strategy类层次为Context定义了一系列的可供重用的算法或行为。继承有助于析取除这些算法中的公共功能

  • 策略模式简化了单元测试，因为每个算法都有自己的类，可以通过自己的接口单独测试。

第三章 单一职责原则

  • 单一职责原则SRP：就一个类而言，应该仅有一个引起它变化的原因。

  • 如果一个类承担的职责过多，就等于把这些职责耦合在一起，一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类完成其他职责的能力。这种耦合会导致脆弱的设计，当变化发生时，设计会遭到意想不到的破坏。

  • 如果你能够想到多于一个的动机去改变一个类，那么这个类就具有多于一个的职责。

第四章 开放——封闭原则(OCP)

  • 开放——封闭原则，The Open-Closed Principle，简称OCP，是说软件实体（类、模块、函数等等）应该可以扩展，但是不可修改

    • 对于扩展是开放的，对于更改是封闭的

  • 软件设计要容易维护又不容易出问题的好办法，就是多扩展，少修改。

  • 面对需求，对程序的修改是通过增加新代码进行的，而不是更改现有的代码

第五章 依赖倒转原则

  • 依赖倒转原则：

    • 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖于抽象；即针对接口编程，不要对实现编程；
    • 高层模块不应该依赖底层模块，两个都应该依赖抽象

  • 里氏代换原则：在软件里，把父类都替换成他们的子类，程序的行为没有变化；

    • 如果一个软件实体使用的是父类，那么程序无法区分子类和父类
    • 注意：这里子类继承复用父类，显然父类的所有功能子类必须有，子类特有的子类再去添加；

第六章 装饰模式

  • 装饰模式：动态的给一些类添加一些额外的职责，就增加功能来说，装饰模式比生成子类更加灵活；

第七章 代理模式

proxy

  • 代理模式：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问；

  • 应用场合：

    1. 远程代理，为一个对象在不同的地址空间提供局部代表。这样可以隐藏一个对象存在于不同地址空间的事实；
    2. 虚拟代理，是根据需要创建开销很大的对象。通过它来存放实例化需要很长时间的真是对象；
    3. 安全代理，用来控制真实对象访问时的权限；
    4. 智能指引，是指当调用真实的对象时，代理处理另外一些事；
      • 如计算真实对象的引用次数，通过代理在访问一个对象时附加一些内务处理；

第八章 工厂方法模式

factorymethod

  • 工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类；

  • 简单工厂模式的最大优点在于工厂类中包含了必要的逻辑判断，根据客户端的选择条件动态实例化相关的类，对于客户端来说，去除了与具体产品的依赖。

    • 但是对工厂类的修改违背了开——闭原则

  • 工厂方法模式实现时，客户端需要决定实例化哪一个工厂来实现运算类，选择判断的问题还是存在的，也就是说，工厂方法把简单工厂的内部逻辑判断转移到了客户端代码来进行。你想要加功能，本来是改工厂类的，而现在是改客户端。

    • 工厂方法模式既克服了简单工厂违背开放——封闭原则的缺点，又保持了封装对象过程的优点；

第九章 原型模式

  • 原型模式：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象

  • 原型模式其实就是从一个对象再创建另外一个可定制的对象，而且不需知道任何创建的细节。

  • 一般在初始化的信息不发生变化的情况下，克隆是最好的办法。既隐藏了对象创建的细节，又是对性能大大的提高；

    • 不是重新初始化对象，而是动态的获取对象运行时的状态；

第十章 模板方法模式

template

  • 模板方法模式：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

  • 当我们要完成在某一细节层次一致的一个过程或一系列步骤，但其个别步骤在更详细的层次上的实现可能不同时，我们通常考虑用模板方法模式来处理。

  • 通过把不变行为搬移到父类，去除子类中的重复代码来体现它的优势。

  • 模板方法模式提供了一个很好的代码复用平台。

第十一章 迪米特法则

  • 迪米特法则(LoD)，也叫最少知识原则。如果两个类不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其中一个类需要调用另一个类的某一个方法的话，可以通过第三方转发这个调用。

  • 首先强调的前提是在类的结构设计上，每一个类都应当尽量降低成员的访问权限。

  • 其根本思想，是强调了类之间的松耦合。

    • 类之间的耦合越弱，越有利于复用，一个处在弱耦合的类被修改，不会对有关系的类造成波及。

第十二章 外观模式

facade

  • 外观模式：为了系统中的一组接口提供了一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

  • 何时使用

    1. 在设计初期，应该要有意识地将不同的两个层分离，为复杂的子系统提供一个简单的接口，使得耦合大大降低。
    2. 在开发阶段，子系统往往因为不断的重构演化而变得越来越复杂。
      • 大多数的模式使用时会产生大量很小的类，对于外部调用很是麻烦；于是增加外观Facade可以提供一个简单的接口，减少他们之间的依赖。
    3. 在维护一个遗留的大型系统时，可能这个系统已经非常难以维护和扩展了，这时可以为新系统开发一个外观Facade类，来提供设计粗糙或高度复杂的遗留代码的比较清晰简单的接口，让新系统与Facade对象交互，Facade与遗留代码交互所有复杂的工作。

  • 理解：被外观隐藏的多个子系统可以是任意的，相互可以没有任何关系，侧重点在于，外观模式隐藏了子系统之间的相互调用，而是提供一组接口给外部调用。满足了松耦合的要求，也体现了迪米特法则。

第十三章 建造者模式

builder

  • 建造者模式：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
    • 将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
  • 建造者模式是在当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时适用的模式。
  • 理解：这里强调的是过程，比如程序中一组特定顺序的过程。

第十四章 观察者模式

observer

  • 观察者模式：又称发布——订阅(Publish/Subscribe)模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使他们能够自动更新自己。

  • 根据开——闭原则和依赖倒转原则，在这个模式中，通知者和监听者都是一个抽象父类，表示一个对外的抽象接口，而其子类都是一个个实体，因此对外封闭了实现细节，两边都只需要针对接口编程。

  • 观察者模式很适合用于同时修改很多对象的状态的情景，尤其是不知道具体有多少对象的时候。

  • 观察者模式实际上就是在解除耦合，让耦合的双方都依赖于抽象，而不是依赖于具体。

  • 当一个抽象模型有两个方面，其中一方面依赖于另一方面，这时用观察者模式可以将这两者封装在独立的对象中使它们各自独立地改变和复用。

第十五章 抽象工厂模式

abstractfactory

  • 抽象工厂模式，提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
  • 这时候每个具体工厂生产的是一个完整的产品簇。抽象工厂方法的好处在于，易于交换产品系列，由于具体工厂类的初始化只有一行代码，因此将其修改之后，后面生产的产品也都完全改变。这就使得改变一个应用的具体工厂变的非常容易。
  • 它让具体的创建实例过程与客户端分离，客户端是通过它们的抽象接口操纵实例，产品的具体类名也被具体工厂的实现分离，不会出现在客户端代码中。
  • 反射：
  • 所有在用简单工厂的地方，都可以考虑用反射技术来去除switch或if，解除分支判断带来的耦合。

第十六章 状态模式

state

  • 状态模式：当一个对象的内在状态改变时允许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类。

  • 状态模式主要解决的是当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂的情况。把状态的判断逻辑转移到表示不同状态的一系列类当中，可以把复杂的判断逻辑简单化。

  • 好处：

    1. 将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来。
      • 将特定的状态相关的行为都放入一个对象中，由于所有与状态相关的代码都存在于某个ConcreteState中，所以通过定义新的子类可以很容易地增加新的状态和转换。(继承于同一个State父类，并通过共同的handle函数进行状态切换)
    2. 消除了庞大的条件分支语句。状态模式通过把各种状态转移逻辑分布到State子类之间，来减少相互间的依赖。

  • 何时使用：当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变他的行为时，就可以考虑使用状态模式了。

第十七章 适配器模式

adapter

  • 适配器模式(Adapter)：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

  • 使用：系统的数据和行为都正确，但接口不符时，我们应该考虑用适配器，目的是使控制范围之外的一个原有对象与某个接口匹配。

    • 使用一个已经存在的类，但如果它的接口，也就是它的方法和你的要求不相同时，就应该考虑用适配器模式。
    • 两个类所做的事情相同或相似，但是具有不同的接口时要是用它。
    • 双方都不太容易修改的时候在使用适配器模式。

  • 主要应用于希望复用一些现存的类，但是接口又与复用环境要求不一致的情况。

第十八章 备忘录模式

memento

  • 备忘录模式：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。

  • 使用：Memento模式比较适用于功能比较复杂的，但需要维护或记录属性历史的类，或者需要保存的属性只是众多属性中的一小部分时，Originator可以根据保存的Memento信息还原到前一状态。

    • 如：如果在某个系统使用命令模式时，需要实现命令的撤销功能，那么命令模式可以使用备忘录模式来存储可撤销操作的状态。

  • 使用备忘录模式可以把复杂的对象内部信息对其他的对象屏蔽起来。

  • 当角色的状态改变的时候，有可能这个状态无效，这时候就可以使用暂时存储起来的备忘录将状态复原。

第十九章 组合模式

composite

  • 组合模式(Composite)：将对象组合成树形结构以表示’部分-整体‘的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

  • 整体与部分可以被一致对待

  • 透明方式：就是在Component中声明所有用来管理子对象的方法，其中包括Add、Remove等。这样实现Component接口的所有子类都具备了Add和Remove。这样做的好处就是叶节点和枝节点对于外界没有区别，它们具备完全一致的行为接口。但问题也很明显，因为Leaf类本身不具备Add()、Remove()方法的功能，所以实现它是没有意义的。

  • 安全方式：在Component类中不去生命Add和Remove方法，那么子类的Leaf也就不需要去实现它，而是在Composite声明所有用来管理子类对象的方法。由于不够透明，所以树叶和树枝类将不具有相同的接口，客户端的调用需要做相应的判断，带来了不便。

  • 使用：

    1. 需求中是体现部分与整体层次的结构时
    2. 希望用户可以忽略组合对象与单个对象的不同，统一地使用组合结构中的所有对象时，就应该考虑组合模式了。

第二十章 迭代器模式

iterator

  • 迭代器模式(Iterator)：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而不暴露该对象的内部表示。

  • 为遍历不同的聚集结构提供如开始、下一个、是否结束、当前哪一项等统一的接口。

  • 使用

    • 需要访问一个聚集对象，而且不管这些对象是什么都需要遍历的时候
    • 对聚集有多种方式遍历时

第二十一章 单例模式

singleton

  • 单例模式(Singleton)：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

  • 让类自身负责保存它的唯一实例。这个类可以保证没有其他实例可以被创建，并且他可以提供一个访问该实例的方法。

  • 所有类都有构造方法，不编码则系统默认生成空的构造方法，若有显示定义的构造方法，默认的构造方法就会失效。

  • 好处：单例模式因为Singleton类封装它的唯一实例，这样它可以严格控制客户怎样访问它以及何时访问它。简单地说就是对唯一实例的受控访问。

合成/聚合复用原则

  • 合成/聚合复用原则(CARP)：尽量使用合成/聚合，尽量不要使用类继承。

    • 聚合表示一种弱的‘拥有’关系，体现的是A对象可以包含B对象，但B对象不是A对象的一部分；
    • 合成则是一种强的‘拥有’关系，体现了严格的部分和整体的关系，部分和整体的周期一样。

  • 好处：

    • 优先使用对象的合成/聚合将有助于你保持每个类被封装，并被集中在单个任务上。这样类和类继承层次会保持较小规模，并且不太可能增长为不可控制的庞然大物。

第二十二章 桥接模式

qiaojie

  • 桥接模式(Bridge)：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。
    • 实现指的是抽象类和它的派生类用来实现自己的对象。
    • 实现系统可能有多角度分类，每一种分类都有可能变化，那么就把这种多角度分离出来让它们独立变化，减少他们之间的耦合。

第二十三章 命令模式

invoker

  • 命令模式(Command)：将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

  • 命令模式把请求一个操作的对象与知道怎么执行一个操作的对象分割开。

  • 作用：

    1. 它能较容易地设计一个命令队列；
    2. 在需要的情况下，可以较容易地将命令记入日志；
    3. 允许请求的一方决定是否要否决请求；
    4. 可以容易地实现对请求的撤销和重做；
    5. 由于加进新的具体命令类不影响其他的类，因此增加新的具体命令类很容易。

  • 敏捷开发原则告诉我们，不要为代码添加基于猜测的、实际不需要的功能。如果不清楚一个系统是否需要命令模式，一般就不要着急去实现它，事实上，在需要的时候通过重构首先这个模式并不难，只有在真正需要如撤销/恢复操作等功能时，把原来的代码重构为命令模式才有意义。

第二十四章 职责链模式

successor

  • 职责链模式(Chain of Responsibility)：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接受者之间的耦合关系。将这个对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

  • 当客户提交一个请求时，请求是沿链传递直至有一个ConcreteHandler对象负责处理它。

  • 接受者和发送者都没有对方的明确信息，且链中的对象自己也不知道链的结构。结果是职责链可简化为对象的相互连接，它们仅需保持一个指向其后继者的引用，而不需保持它所有候选接受者的引用————大大降低了耦合度。

  • 可以随时增加或修改处理一个请求的结构，增强了给对象指派职责的灵活性

第二十五章 中介者模式

meditator

  • 中介者模式(Mediator)：用一个中介对象来封装一系列对象的交互。中介者使各对象不需要显式地相互调用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变他们之间的交互。

  • 尽管将一个系统分割成许多对象通常可以增加其复用性，但是对象间相互连接的激增又会降低其可用性了。

    • 大量的链接使得一个对象不可能在没有其他对象的支持下工作，系统表现为一个不可分割的整体，所以，对系统的行为进行任何较大的改动就是困难了。

  • 优点：

    • 减少了各个Colleague的耦合，使得可以独立地改变和复用各个Colleague类和Mediator；
    • 由于把对象如何协作进行了抽象，将中介作为一个独立的概念并将其封装在一个对象中，这样关注的对象就从对象各自本身的行为转移到它们之间的交互上来，也就是站在一个更宏观的角度去看待系统。

  • 缺点：

    • 由于ConcreteMediator控制了集中化，于是就把交互复杂性变为了中介者的复杂性，这就使得中介者会变得比任何一个ConcreteColleague都复杂。

  • 中介者模式一般应用于一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信的场合，以及想定制一个分布在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类的场合。

第二十六章 享元模式

flyweight

  • 享元模式(Flyweight)：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

  • 享元模式可以避免大量非常相似类的开销。在程序设计中，有时需要生成大量细粒度的实例来表示数据。如果能发现这些实例除了几个参数基本上都是相同的，有时就能够受大幅度地减少需要实例化的类的数量。如果能把那些参数类移到类实例的外面，在方法调用时将它们传递进来，就可以通过共享大幅度的地减少单个实例的数目。

  • 使用：

    • 如果一个应用程序是用了大量的对象，而大量的这些对象造成了很大的存储开销时就应该考虑使用；
    • 还有就是对象的大多数状态可以是外部状态，如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象，此时可以考虑使用享元模式。

第二十七章 解释器模式

explain

  • 解释器模式(interpreter)：给定一个语言，定义它的一种文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

  • 如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。

  • 使用：通常当有一个语言需要解释执行，并且你可以将该语言中的句子表示为一个抽象的语法树时，可使用解释器模式。

  • 好处：容易地改变和扩展文法，因为该模式使用类来表示文法规则，你可以使用继承来改变或扩展该文法。也比较容易实现文法，因为定义抽象语法树中各个节点的类的实现大体相似，这些类都易于直接编写。

第二十八章 访问者模式

visitor

  • 访问者模式(Visitor)：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

  • 适合数据结构相对稳定的系统，它把数据结构和作用于结构上的操作之间的耦合解脱开，使得操作集合可以相对自由地演化。

  • 访问者模式的目的是要把处理从数据结构分离出来。如果这样的系统有比较稳定的数据结构，又有易于变化的算法的话，使用访问者模式是比较适合的，因为访问者模式使得算法操作的增加变得容易。

  • 优点：增加新的操作很容易，因为增加新的操作就意味着增加一个新的访问者。访问者模式将有关的行为集中到一个访问者对象中。

  • 缺点：使得增加新的数据结构变得困难。