系统架构师-设计模式一、创建型模式创建型模式关注对象的创建过程,提供了一些机制来控制对象的创建和管理。常见的创建型模式

一、创建型模式

创建型模式关注对象的创建过程,提供了一些机制来控制对象的创建和管理。常见的创建型模式包括:

单例模式(Singleton Pattern) 单例模式确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问该实例。它通过将构造函数设为私有,并提供一个静态方法来获取唯一实例。单例模式适用于需要严格控制实例数量的场景,如日志记录器、配置管理器等。
工厂模式(Factory Pattern) 工厂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。它将对象的创建与使用分离,使得客户端无需关心具体的类,只需要通过工厂方法获取所需的对象。工厂模式适用于需要灵活创建不同类型对象的场景,如不同的数据库连接、不同的加密算法等。
抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern) 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。它定义了一组工厂方法,每个工厂方法创建一种类型的对象。抽象工厂模式适用于需要创建多个相关的对象族的场景,如不同操作系统的GUI组件、不同品牌的汽车配件等。
建造者模式(Builder Pattern) 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。它定义了一个抽象的建造者接口,包含构建各个部件的方法,具体的建造者类实现这些方法,最终由指挥者类来控制构建过程。建造者模式适用于需要创建复杂对象并允许灵活配置的场景,如不同风格的文档生成、不同口味的套餐构建等。
原型模式(Prototype Pattern) 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。它定义了一个接口用于克隆自身,具体的原型类实现这个接口,从而允许客户端创建新的对象而无需关心具体的类。原型模式适用于需要动态创建相似对象并避免子类化的场景,如图形编辑器中的形状克隆、文档管理系统中的文件复制等。

二、结构型模式

结构型模式关注类和对象的组合,提供了一些机制来定义类之间的关系和责任。常见的结构型模式包括:

适配器模式(Adapter Pattern) 适配器模式将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口,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。它定义了一个适配器类,负责在不兼容的接口之间进行转换。适配器模式适用于需要复用现有类但其接口不符合要求的场景,如将旧的数据格式转换为新的格式、将第三方库的接口适配到系统中等。
桥接模式(Bridge Pattern) 桥接模式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。它定义了一个抽象类,包含一个指向实现部分的引用,具体的抽象类和实现类分别继承和实现这两个部分。桥接模式适用于需要在多个维度上独立扩展的场景,如不同的图形形状和颜色的组合、不同的消息格式和传输协议的组合等。
组合模式(Composite Pattern) 组合模式将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构,使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。它定义了一个抽象的组件接口,包含访问和管理子组件的方法,具体的叶子组件和容器组件分别实现这个接口。组合模式适用于需要表示对象的部分-整体层次结构的场景,如文件系统中的目录和文件、GUI中的容器和控件等。
装饰器模式(Decorator Pattern) 装饰器模式动态地给一个对象添加一些额外的职责,就增加功能来说,装饰器模式比生成子类更为灵活。它定义了一个抽象的装饰器类,包含一个指向被装饰对象的引用,具体的装饰器类继承这个抽象类并添加额外的职责。装饰器模式适用于需要在运行时动态地给对象添加功能的场景,如给文本添加边框和滚动条、给饮料添加调料和配料等。
外观模式(Facade Pattern) 外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面,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。它定义了一个外观类,封装了子系统的复杂性,并提供了一个简化的接口给客户端使用。外观模式适用于需要简化复杂子系统的访问的场景,如为多个底层模块提供统一的API、为遗留系统提供现代化的接口等。
享元模式(Flyweight Pattern) 享元模式使用共享的方式高效地支持大量细粒度的对象。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销,从而提高系统资源的利用率。享元模式适用于需要创建大量相似对象并且对象的内部状态可以被共享的场景,如文本编辑器中的字符对象、图形系统中的图元对象等。
代理模式(Proxy Pattern) 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。它定义了一个代理类,负责在客户端和目标对象之间起到中介的作用,可以在访问目标对象时添加一些额外的操作。代理模式适用于需要控制对象访问或者添加额外操作的场景,如远程代理、虚拟代理、保护代理、缓存代理等。

三、行为型模式

行为型模式关注对象之间的通信和责任分配,提供了一些机制来描述对象之间的交互和控制流程。常见的行为型模式包括:

责任链模式(Chain of Responsibility Pattern) 责任链模式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收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链,并沿着这条链传递请求,直到有一个对象处理它为止。责任链模式适用于需要动态组合处理对象并避免硬编码的场景,如多级请求处理、异常处理等。
命令模式(Command Pattern) 命令模式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。它定义了一个命令接口,包含执行操作的方法,具体的命令类实现这个接口,并维护一个接收者对象。命令模式适用于需要将请求封装为对象并支持撤销、重做等操作的场景,如GUI按钮的点击事件、文本编辑器的操作记录等。
解释器模式(Interpreter Pattern) 解释器模式给定一个语言,定义它的文法的一种表示,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。它定义了一个抽象的表达式接口,包含解释操作的方法,具体的终结符表达式和非终结符表达式类实现这个接口。解释器模式适用于需要解释一种简单的语言或者表达式的场景,如正则表达式的匹配、SQL语句的解析等。
迭代器模式(Iterator Pattern) 迭代器模式提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素,而又不暴露该对象的内部表示。它定义了一个迭代器接口,包含访问和遍历元素的方法,具体的迭代器类实现这个接口,并维护当前位置的状态。迭代器模式适用于需要统一地遍历不同的聚合结构的场景,如数组、列表、树等。
中介者模式(Mediator Pattern) 中介者模式定义一个对象来封装一系列对象的交互,从而使各对象不需要显式地相互引用,从而使其耦合松散,可以独立地改变它们之间的交互。它定义了一个中介者接口,包含与同事对象通信的方法,具体的中介者类实现这个接口,并维护对同事对象的引用。中介者模式适用于需要集中管理对象之间复杂的交互的场景,如聊天室中的消息传递、GUI组件之间的事件处理等。
备忘录模式(Memento Pattern) 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,并在该对象之外保存这个状态,以后可以将对象恢复到这个状态。它定义了一个备忘录类,负责存储对象的内部状态,以及一个发起人类,负责创建和恢复备忘录。备忘录模式适用于需要提供撤销和恢复功能的场景,如文本编辑器的撤销操作、游戏的存档和读档等。
观察者模式(Observer Pattern) 观察者模式定义了一种一对多的依赖关系,让多个观察者对象同时监听某一个主题对象,当主题对象的状态发生变化时,会通知所有观察者对象,使它们能够自动更新自己。它定义了一个主题接口和一个观察者接口,具体的主题类和观察者类分别实现这两个接口。观察者模式适用于需要在对象之间建立动态的依赖关系的场景,如GUI组件的事件监听、数据模型与视图的同步等。
状态模式(State Pattern) 状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为,对象看起来似乎修改了它的类。它定义了一个抽象的状态接口,包含行为方法,具体的状态类实现这个接口,并维护一个上下文对象的引用。状态模式适用于需要根据对象的状态来改变对象行为的场景,如TCP连接的状态管理、订单的状态跟踪等。
策略模式(Strategy Pattern) 策略模式定义了一系列的算法,把它们一个个封装起来,并且使它们可相互替换,使得算法可独立于使用它的客户而变化。它定义了一个抽象的策略接口,包含算法方法,具体的策略类实现这个接口。策略模式适用于需要动态地选择算法或者行为的场景,如不同的排序算法、不同的压缩算法等。
模板方法模式(Template Method Pattern) 模板方法模式定义了一个算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中,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。它定义了一个抽象的模板方法,包含算法的骨架,具体的子类重写算法的某些步骤。模板方法模式适用于需要在抽象类中定义算法骨架并允许子类提供具体实现的场景,如不同的数据库访问、不同的文件解析等。
访问者模式(Visitor Pattern) 访问者模式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。它定义了一个抽象的访问者接口,包含访问各个元素的方法,具体的访问者类实现这个接口。访问者模式适用于需要在一个复杂对象结构上定义新的操作而又不想改变对象结构的场景,如编译器的语法树分析、文档的格式转换等。

以上就是系统架构设计师考试中常见的设计模式的详细解释。每个设计模式都有其特定的应用场景和优缺点,在实际的系统设计中,需要根据具体的问题和需求来选择适当的设计模式。同时,设计模式之间也可以相互组合和嵌套,形成更加复杂和灵活的设计方案。