【编程开发指南】「设计模式系列」一起来学编程界的“兵法”设计模式（序章）

Tech逍遥御风
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设计模式是什么

设计模式是一种被广泛应用于软件开发中的技术，它可以帮助开发人员更好地组织和管理代码，提高代码的可读性和可维护性。本文将介绍设计模式的概念、分类和应用场景。

设计模式的概念

设计模式是一种被反复使用的代码设计经验，它可以解决特定问题的通用解决方案。设计模式不是一种具体的代码实现，而是一种思想和方法，它可以帮助开发人员更好地组织和管理代码，提高代码的可读性和可维护性。

设计模式的分类

设计模式可以分为三类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。

创建型模式（5种）

创建型模式用于处理对象的创建过程，它可以帮助开发人员更好地组织和管理对象的创建过程，提高代码的可读性和可维护性。常见的创建型模式包括工厂模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式和原型模式。

结构型模式（7种）

结构型模式用于处理对象之间的关系，它可以帮助开发人员更好地组织和管理对象之间的关系，提高代码的可读性和可维护性。常见的结构型模式包括适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰器模式、外观模式、享元模式和代理模式。

行为型模式（11种）

行为型模式用于处理对象之间的交互和通信，它可以帮助开发人员更好地组织和管理对象之间的交互和通信，提高代码的可读性和可维护性。常见的行为型模式包括责任链模式、命令模式、解释器模式、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、模板方法模式和访问者模式。

设计模式应用场景

设计模式可以应用于各种软件开发场景，以下是一些常见的应用场景：

工厂模式的实现及应用

工厂模式是一种常用的创建型模式，它可以帮助开发人员更好地组织和管理对象的创建过程。本文将介绍工厂模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用工厂模式来创建对象。

单例模式的实现及应用

单例模式是一种常用的创建型模式，它可以确保一个类只有一个实例。本文将介绍单例模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用单例模式来控制对象的创建和使用。

装饰器模式的实现及应用

装饰器模式是一种常用的结构型模式，它可以动态地给对象添加功能。本文将介绍装饰器模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用装饰器模式来扩展对象的功能。

观察者模式的实现及应用

观察者模式是一种常用的行为型模式，它可以处理对象之间的通信。本文将介绍观察者模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用观察者模式来实现事件驱动的系统。

MVC设计模式的实现及应用

MVC设计模式是一种常用的架构模式，它可以帮助开发人员更好地组织和管理代码。本文将介绍MVC设计模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用MVC设计模式来实现一个简单的Web应用程序。

策略模式的实现及应用

策略模式是一种常用的行为型模式，它可以帮助开发人员更好地处理对象之间的交互和通信。本文将介绍策略模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用策略模式来实现一个简单的计算器程序。

适配器模式的实现及应用

适配器模式是一种常用的结构型模式，它可以帮助开发人员更好地处理对象之间的关系。本文将介绍适配器模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用适配器模式来实现一个简单的音乐播放器。

命令模式的实现及应用

命令模式是一种常用的行为型模式，它可以帮助开发人员更好地处理对象之间的交互和通信。本文将介绍命令模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用命令模式来实现一个简单的遥控器程序。

模板方法模式的实现及应用

模板方法模式是一种常用的行为型模式，它可以帮助开发人员更好地处理对象之间的交互和通信。本文将介绍模板方法模式的实现方法和应用场景，并通过实例代码演示如何使用模板方法模式来实现一个简单的游戏程序。

设计模式的六大原则

在这里插入图片描述

总原则：开闭原则（Open Close Principle）

开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，而是要扩展原有代码，实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是：为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类等，后面的具体设计中我们会提到这点。

单一职责原则

不要存在多于一个导致类变更的原因，也就是说每个类应该实现单一的职责，如若不然，就应该把类拆分。

里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP 是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

历史替换原则中，子类对父类的方法尽量不要重写和重载。因为父类代表了定义好的结构，通过这个规范的接口与外界交互，子类不应该随便破坏它。

依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个是开闭原则的基础，具体内容：面向接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。写代码时用到具体类时，不与具体类交互，而与具体类的上层接口交互。

接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

这个原则的意思是：每个接口中不存在子类用不到却必须实现的方法，如果不然，就要将接口拆分。使用多个隔离的接口，比使用单个接口（多个接口方法集合到一个的接口）要好。

迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

  • 一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说无论被依赖的类多么复杂，都应该将逻辑封装在方法的内部，通过 public 方法提供给外部。这样当被依赖的类变化时，才能最小的影响该类。

  • 最少知道原则的另一个表达方式是：只与直接的朋友通信。类之间只要有耦合关系，就叫朋友关系。耦合分为依赖、关联、聚合、组合等。我们称出现为成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接朋友。局部变量、临时变量则不是直接的朋友。我们要求陌生的类不要作为局部变量出现在类中。

合成复用原则（Composite Reuse Principle）

原则是尽量首先使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

传统的23种设计模式

在这里插入图片描述

简单的案例 — 尝尝鲜

当然后面还会对各个工厂模式进行详细的讲解和分析！

单例模式

单例模式是一种创建型模式，它确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在Java中，单例模式通常使用静态变量和静态方法来实现。例如，以下是一个简单的单例模式实现：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

在这个例子中，我们使用私有构造函数来防止外部类创建实例。getInstance()方法检查实例是否已经存在，如果不存在，则创建一个新实例并返回它。

工厂模式

工厂模式是一种创建型模式，它提供了一种创建对象的方法，而无需暴露对象的创建逻辑。在Java中，工厂模式通常使用接口和实现类来实现。例如，以下是一个简单的工厂模式实现：

public interface Shape {
    void draw();
}

public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle");
    }
}

public class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a rectangle");
    }
}

public class ShapeFactory {
    public Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("circle")) {
            return new Circle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("rectangle")) {
            return new Rectangle();
        }
        return null;
    }
}

在这个例子中，我们定义了一个Shape接口和两个实现类Circle和Rectangle。ShapeFactory类提供了一个getShape()方法，它根据传入的参数返回相应的Shape实例。

观察者模式

观察者模式是一种行为型模式，它定义了一种一对多的依赖关系，使得多个对象可以同时监听另一个对象的状态变化。在Java中，观察者模式通常使用Java内置的Observer和Observable类来实现。例如，以下是一个简单的观察者模式实现：

import java.util.Observable;
import java.util.Observer;

public class WeatherData extends Observable {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public void measurementsChanged() {
        setChanged();
        notifyObservers();
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }

    public float getTemperature() {
        return temperature;
    }

    public float getHumidity() {
        return humidity;
    }

    public float getPressure() {
        return pressure;
    }
}

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    private float temperature;
    private float humidity;

    public void update(Observable observable, Object arg) {
        if (observable instanceof WeatherData) {
            WeatherData weatherData = (WeatherData) observable;
            this.temperature = weatherData.getTemperature();
            this.humidity = weatherData.getHumidity();
            display();
        }
    }
    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}

在这个例子中，我们定义了一个WeatherData类作为被观察者，它继承了Java内置的Observable类。CurrentConditionsDisplay类作为观察者实现了Observer接口。当WeatherData对象的状态发生变化时，它会调用setChanged()方法和notifyObservers()方法来通知所有观察者。观察者可以通过update()方法获取被观察者的状态并进行相应的操作。

总结

总之，设计模式是一种非常有用的技术，它可以帮助开发人员更好地组织和管理代码，提高代码的可读性和可维护性。在实际开发中，开发人员应该根据具体的需求选择合适的设计模式来解决问题。

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