设计模式简介

设计模式是面向对象系统的代码设计思想，核心思想是提供可复用的解决方案，让代码更易维护、扩展和理解。设计模式独立于具体编程语言，不同编程语言特性差异很大，有的语言本身就是为了贯彻某个设计原则而被开发出来的，有的语言提供了针对某些设计模式的语法糖，同一种设计模式在不同语言中也可能有不同的实现方式。

代码的设计其实自底向上分为三层，最基本的是低耦合高内聚的设计思想，往上是面向对象的设计原则，再往上才是各种设计模式。设计模式依赖接口这个抽象规范，接口是抽象方法的集合，在底层实现接口时，必须按照接口给定的调用方式来实现，而对高层模块则隐藏了类的内部实现。

面向对象的设计原则

面向对象的三大法则是封装继承多态，三者是递进关系。封装就是有意识地把对象的属性和方法分为对内的和对外的；继承是为了提高代码的复用性，子类可以直接复用父类的属性和方法，并可以实现新功能或覆写父类方法的实现；多态指同一操作作用于不同对象时，会产生不同的执行结果。

面向对象的设计原则包括：

• 开放封闭原则：对扩展开放，对修改关闭，即支持加新功能，但最好不要修改已经成型的代码。
• 里氏替换原则：引用父类的对象要能透明地使用其子类的对象，即子类和父类的方法，实现上可以不同，但输入和返回需要一致。
• 依赖倒置原则：高层模块不应该依赖底层模块，两者应该依赖接口这个抽象。抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象，即要针对接口而不是针对实现编程。
• 接口隔离原则：客户端不应该依赖那些它不需要的接口，因此要使用多个专门的接口而不是单一的总接口。
• 单一职责原则：一个类只负责一项职责，不要存在多个导致类变更的原因。

设计模式分类

设计模式大致分为创建者模式、结构型模式、行为型模式。创建者模式解决如何创建对象的问题；结构型解决对象之间怎么组织的问题；行为型模式解决如何实现方法的问题。

• 创建者模式：简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式、单例模式
• 结构性模式：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式、代理模式
• 行为型模式：解释器模式、责任链模式、命令模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、访问者模式、模板方法模式

创建者模式

简单工厂模式：通过工厂类负责创建产品类的实例，隐藏创建对象的实现，但违反了单一职责原则和开闭原则。

工厂方法模式：将工厂分为抽象工厂角色和具体工厂角色，一个工厂角色只负责创建一个产品类的实例。

抽象工厂模式：每一个具体工厂都生产一套产品而不是一个，有利于维护产品之间的约束关系，但难以支持新种类的抽象产品。

建造者模式：用指挥者角色以同样的构建过程创建不同的表示，有利于约束构建顺序。

原型模式：对于需要被复制的类，从内部提供克隆的接口方法，使得在某些属性和方法对外部不可见的情况下，外部也能对类进行复制。

单例模式：保证一个类只有一个实例并提供一个全局的访问点，相当于全局变量的同时防止了命名空间被污染。单例模式分饿汉式和懒汉式，饿汉式即在类加载时进行实例化，懒汉式即在第一次使用时进行实例化。

一般来说，以简单工厂或工厂方法开始，当发现设计需要更大的灵活性时，再向抽象工厂或建造者演化。

结构性模式

适配器模式：使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作，实现方式有多继承(类适配器)和组合(对象适配器)两种，多继承即同时继承多个类，组合即将要适配的类作为适配器的属性，以在适配器中调用需要的属性和方法。

桥接模式：将一个实物的两个维度分离成抽象和实现，将继承关系转换为组合关系，两个维度都可以独立扩展，提高了扩展的灵活性。

组合模式：将对象组合成树形结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性，角色包括抽象组件、叶子组件、复合组件。

装饰模式：在不改变原有对象结构的前提下，动态地给对象添加额外功能。它通过创建一个包装类(装饰器)来包裹原始对象，允许在调用原始对象方法的前后添加新的行为，同时保持接口的一致性。

外观模式：定义高层接口来统一调用子系统中的功能，使得子系统组合起来的功能更易于使用，实质是多一层封装。

享元模式：通过共享技术减少系统中对象的数量，节省内存空间并提高性能；适用于存在大量相似或相同对象的场景，通过复用已存在的对象来避免重复创建，仅在必要时才创建新对象。

代理模式：为真实对象提供一种代理来以控制这个对象的访问，角色包括抽象实体(作为接口)、实体(真实对象)、代理(和真实对象使用一致的代理对象)；常见的应用场景如远程代理、虚代理、保护代理。

行为型模式

解释器模式：一般用于做编译器，解释器是负责解释文法规则的模块，解释器模式是一种语法解释器的开发框架。

责任链模式：使多个对象连成一条链并沿着这条链传递请求，链上的对象都有机会处理请求，避免在客户端处理发送者和接收者之间的耦合关系，一个对象无需知道是其它哪一个对象处理其请求，要求链上的对象有同样的处理接口并存储链的下一级对象。

命令模式：一般用于做桌面程序、命令行工具等，将请求转换为一个包含与请求相关的所有信息的独立对象。将对象的具体实现(行为的实现者)通过接口与业务逻辑(行为的请求者)分离。

迭代器模式：一般用于实现迭代器这种数据结构，将遍历逻辑与聚合对象分离，使得同一聚合对象可以支持多种遍历方式，同时遍历方式的变化不会影响聚合对象本身。

中介者模式：减少对象之间混乱无序的依赖关系，限制对象之间的直接交互，迫使它们通过中介者对象进行合作。

备忘录模式：允许在不暴露对象实现细节的情况下保存和恢复对象之前的状态，用于实现对象的 “快照” 功能和撤销操作。核心结构包括原发器(可以创建备忘录或从备忘录恢复)、备忘录(存储原发器的内部状态，对除了原发器之外的外部隐藏细节)、负责人(管理备忘录的存储和获取，但不直接操作备忘录中的状态)。

观察者模式：又称发布订阅模式，当一个对象的状态改变时，所有依赖它的对象都得到通知并被自动更新，角色包括抽象发布者、具体发布者、抽象观察者、具体观察者。

状态模式：将对象在不同状态下的行为封装到独立的状态类中，使得对象的状态变化时，其行为能自动切换到对应状态的实现，从而避免使用大量的条件判断。内部状态需抽象，行为与状态匹配，不同状态关联不同行为导致不同表现效果。状态模式是状态机思想的一种实现方式。

策略模式：封装一系列可相互替换的算法，算法独立于使用它的客户而变化，即提供相同行为的不同实现，角色包括抽象策略、具体策略和上下文，但客户必须了解不同的策略。

访问者模式：在不修改已有类的前提下，为一组不同类型的对象添加新的操作。它通过将操作逻辑与对象结构分离，使得操作可以独立于对象而变化。定义一个访问者对象，来访问一组不同类型的元素，并对每个元素执行特定操作，而无需在元素类中直接实现这些操作。

模板方法模式：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中，可以在不改变算法结构的情况下可重定义操作的某些步骤。角色包括抽象的原子操作/钩子操作(实现模板方法作为算法的骨架)和具体类(实现原子操作)。

参考资料

设计模式