设计模式

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大致按照模式的应用目标分类,设计模式可以分为创建型模式、结构型模式和行为型模式。

1.创建型模式

是对对象创建过程的各种问题和解决方案的总结,包括各种工厂模式、单例模式、构建器模式、原型模式。

1.1工厂模式

工厂模式分为三类,包括简单工厂模式,工厂方法模式,抽象工厂模式。

1.1.1简单工厂模式

简单工厂模式又叫静态工厂方法模式,就是建立一个工厂类,对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。比如,一台咖啡机就可以理解为一个工厂模式,你只需要按下想喝的咖啡品类的按钮(摩卡或拿铁),它就会给你生产一杯相应的咖啡,你不需要管它内部的具体实现,只要告诉它你的需求即可。

优点

  • 工厂类含有必要的判断逻辑,可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例,客户端可以免除直接创建产品对象的责任,而仅仅“消费”产品;简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割,它提供了专门的工厂类用于创建对象;
  • 客户端无须知道所创建的具体产品类的类名,只需要知道具体产品类所对应的参数即可,对于一些复杂的类名,通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量;
  • 通过引入配置文件,可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类,在一定程度上提高了系统的灵活性。

缺点

  • 不易拓展,一旦添加新的产品类型,就不得不修改工厂的创建逻辑;
  • 产品类型较多时,工厂的创建逻辑可能过于复杂,一旦出错可能造成所有产品的创建失败,不利于系统的维护。

1.1.2抽象工厂模式

抽象工厂模式是在简单工厂的基础上将未来可能需要修改的代码抽象出来,通过继承的方式让子类去做决定。

比如,以上面的咖啡工厂为例,某天我的口味突然变了,不想喝咖啡了想喝啤酒,这个时候如果直接修改简单工厂里面的代码,这种做法不但不够优雅,也不符合软件设计的“开闭原则”,因为每次新增品类都要修改原来的代码。这个时候就可以使用抽象工厂类了,抽象工厂里只声明方法,具体的实现交给子类(子工厂)去实现,这个时候再有新增品类的需求,只需要新创建代码即可。

1.1.3工厂方法模式

定义一个用于创建产品的接口,由子类来决定生产什么产品。通过定义工厂父类负责定义创建对象的公共接口,而子类只负责生成具体的对象。

优点:

  • 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品,无须知道产品的具体创建过程。
  • 灵活性增强,对于新产品的创建,只需多写一个相应的工厂类。
  • 典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类,无须关心其他实现类,满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。

缺点:

  • 类的个数容易过多,增加复杂度
  • 增加了系统的抽象性和理解难度
  • 抽象产品只能生产一种产品,此弊端可使用抽象工厂模式解决

1.2单例模式

单例模式是一种常用的软件设计模式,在应用这个模式时,单例对象的类必须保证只有一个实例存在,整个系统只能使用一个对象实例。

优点:不会频繁地创建和销毁对象,浪费系统资源。

使用场景:数据库连接、Redis 连接等。

饿汉式,比较消耗内存。当程序需要创建大量单例时,会影响程序启动速度。

懒汉式,解决了内存消耗问题,但是存在线程安全问题(获取实例对象时才创建)。

2.结构型模式

关注类和对象之间的组合

常见的结构型模式,包括桥接模式、适配器模式、装饰者模式、代理模式、组合模式、外观模式、享元模式等。

2.1代理模式

代理模式是给某一个对象提供一个代理,并由代理对象控制对原对象的引用。

优点

  • 代理模式能够协调调用者和被调用者,在一定程度上降低了系统的耦合度;
  • 可以灵活地隐藏被代理对象的部分功能和服务,也增加额外的功能和服务。

缺点

  • 由于使用了代理模式,因此程序的性能没有直接调用性能高;
  • 使用代理模式提高了代码的复杂度。

3.行为型模式

是从类或对象直接交互、职责划分等角度总结的模式。

比较常见的行为型模式有策略模式、解释器模式、命令模式、观察者模式、迭代器模式、模版方法模式、访问者模式。

3.1观察者模式

观察者模式是定义对象间的一种一对多依赖关系,使得每当一个对象状态发生改变时,其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新。观察者模式又叫做发布- 订阅(Publish/Subscribe)模式、模型- 视图(Model/View)模式、源-监听器(Source/Listener)模式或从属者(Dependents)模式。

优点

  • 观察者模式可以实现表示层和数据逻辑层的分离,并定义了稳定的消息更新传递机制,抽象了更新接口,使得可以有各种各样不同的表示层作为具体观察者角色;
  • 观察者模式在观察目标和观察者之间建立一个抽象的耦合;
  • 观察者模式支持广播通信;
  • 观察者模式符合开闭原则(对拓展开放,对修改关闭)的要求。

缺点

  • 如果一个观察目标对象有很多直接和间接的观察者的话,将所有的观察者都通知到会花费很多时间;
  • 如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话,观察目标会触发它们之间进行循环调用,可能导致系统崩溃;
  • 观察者模式没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的,而仅仅只是知道观察目标发生了变化。

在观察者模式中有如下角色:

  • Subject:抽象主题(抽象被观察者),抽象主题角色把所有观察者对象保存在一个集合里,每个主题都可以有任意数量的观察者,抽象主题提供一个接口,可以增加和删除观察者对象;
  • ConcreteSubject:具体主题(具体被观察者),该角色将有关状态存入具体观察者对象,在具体主题的内部状态发生改变时,给所有注册过的观察者发送通知;
  • Observer:抽象观察者,是观察者者的抽象类,它定义了一个更新接口,使得在得到主题更改通知时更新自己;
  • ConcrereObserver:具体观察者,实现抽象观察者定义的更新接口,以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。