设计模式概述

難釋懷
122 阅读5分钟

在软件工程中，设计模式（Design Pattern）是指一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的代码设计经验的总结。使用设计模式有助于开发者解决常见问题，提高代码的可读性、可维护性和复用性。本文将带你走进设计模式的世界，了解其基本概念、分类和几种典型的设计模式。

什么是设计模式？

设计模式并非具体实现的代码片段，而是一种描述如何解决问题的方法论。它们是面向对象编程语言中的最佳实践总结，通常由以下几个要素构成：

  • 模式名称：提供一个简洁的标识符，用于识别和引用该模式。
  • 问题：描述了模式适用的问题场景。
  • 解决方案：给出了解决上述问题的具体策略。
  • 效果：讨论了应用该模式后的结果，包括优点和可能的缺点。

设计模式的分类

设计模式通常按照其目的分为三大类：创建型模式（Creational Patterns）、结构型模式（Structural Patterns）和行为型模式（Behavioral Patterns）。每种类型下又包含若干具体的模式。

创建型模式

创建型模式主要关注对象的创建机制，试图以适当的方式创建对象，而不直接指定具体的类。这有助于增加系统的灵活性和可扩展性。

  • 单例模式（Singleton Pattern） ：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
  • 工厂方法模式（Factory Method Pattern） ：定义了一个创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。
  • 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern） ：提供了一组相关的或依赖的对象，而无需指定它们具体的类。
  • 建造者模式（Builder Pattern） ：将复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
  • 原型模式（Prototype Pattern） ：通过复制现有的实例来创建新对象。

结构型模式

结构型模式侧重于如何组合类或对象以形成更大的结构，从而达到新的功能或增强现有功能的目的。

  • 适配器模式（Adapter Pattern） ：允许不兼容的接口一起工作，就像转换插头一样。
  • 装饰器模式（Decorator Pattern） ：动态地给对象添加一些额外的职责，而不改变其接口。
  • 代理模式（Proxy Pattern） ：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
  • 外观模式（Facade Pattern） ：为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口，使子系统更易于使用。
  • 桥接模式（Bridge Pattern） ：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立变化。
  • 组合模式（Composite Pattern） ：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。

行为型模式

行为型模式专注于对象之间的责任分配和通信方式，旨在优化对象间的交互逻辑。

  • 策略模式（Strategy Pattern） ：定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互换。
  • 观察者模式（Observer Pattern） ：当对象状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会收到通知并自动更新。
  • 命令模式（Command Pattern） ：将请求封装成对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化。
  • 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern） ：让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。
  • 迭代器模式（Iterator Pattern） ：提供一种顺序访问聚合对象元素的方法，而不需要暴露其内部表示。
  • 中介者模式（Mediator Pattern） ：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。
  • 备忘录模式（Memento Pattern） ：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在之后恢复它。
  • 解释器模式（Interpreter Pattern） ：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，该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

常见的设计模式示例

为了更好地理解这些设计模式，让我们来看几个简单的Java代码示例。

单例模式

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

工厂方法模式

interface Product {
    void use();
}

class ConcreteProduct implements Product {
    @Override
    public void use() {
        System.out.println("Concrete product in use.");
    }
}

abstract class Creator {
    public final Product factoryMethod() {
        Product product = this.createProduct();
        this.postProcessing(product);
        return product;
    }

    protected abstract Product createProduct();

    protected void postProcessing(Product product) {}
}

class ConcreteCreator extends Creator {
    @Override
    protected Product createProduct() {
        return new ConcreteProduct();
    }
}

观察者模式

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

interface Observer {
    void update(String message);
}

interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}

class ConcreteSubject implements Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private String message;

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }

    public void setMessage(String message) {
        this.message = message;
        notifyObservers();
    }
}

class ConcreteObserver implements Observer {
    private String name;

    public ConcreteObserver(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + " received message: " + message);
    }
}

结语

希望这篇文章能为你提供有价值的见解，并激发你在日常编程实践中探索更多优秀的设计实践。倘若您在实践过程中遭遇任何疑问，或是需要更深入的技术支持，欢迎随时在评论区留言探讨。

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