24种设计模式介绍与6大设计原则

### 24种设计模式与6大设计原则 #### 一、设计模式概述 设计模式是一种在特定情境下解决问题的方法论。它不是一种具体的代码实现，而是一种指导思想，可以帮助软件开发者更好地组织代码，提高软件的灵活性、复用性和可维护性。本文将详细介绍24种经典的设计模式，并探讨6大设计原则，旨在帮助读者理解如何应用这些模式来构建高质量的软件系统。 #### 二、24种设计模式详解 **1. 策略模式 (Strategy Pattern)** 策略模式定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以相互替换。这一模式让算法的变化独立于使用算法的客户。例如，在上述例子中，诸葛亮为赵云提供了三个锦囊妙计，这实际上就是一个简单的策略模式的应用。其中，策略接口`IStrategy`定义了一个公共的操作方法`operate()`，而具体的策略如`BackDoor`实现了这一接口。 **2. 代理模式 (Proxy Pattern)** 代理模式提供了一个代理对象来控制对目标对象的访问。它可以提供额外的功能或限制访问权限。这种模式常用于实现远程调用、缓存、日志记录等功能。 **3. 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。这种方式通常用于资源管理器、日志记录器等应用场景中，以避免多个实例导致的资源浪费。 **4. 多例模式 (Multiton Pattern)** 多例模式是单例模式的一个变体，允许在系统中存在多个实例，但每个实例的状态是唯一的。这在某些情况下很有用，比如当需要根据不同的条件创建不同的实例时。 **5. 工厂方法模式 (Factory Method Pattern)** 工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但允许子类决定实例化哪一个类。工厂方法让类的实例化推迟到子类。这有助于实现“开闭原则”。 **6. 抽象工厂模式 (Abstract Factory Pattern)** 抽象工厂模式提供一个接口，用于创建一系列相关的或相互依赖的对象，而无需指定它们具体的类。这是一种更为复杂的工厂方法模式，适用于创建复杂对象。 **7. 门面模式 (Facade Pattern)** 门面模式提供一个统一的接口，用来访问子系统中的一群接口。门面定义了一个高层接口，使得子系统更容易被使用。 **8. 适配器模式 (Adapter Pattern)** 适配器模式将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。适配器模式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。 **9. 模板方法模式 (Template Method Pattern)** 模板方法模式定义了一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法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。 **10. 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。这种模式非常适合构建大型对象。 **11. 桥梁模式 (Bridge Pattern)** 桥梁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。这种模式可以降低系统的耦合度。 **12. 命令模式 (Command Pattern)** 命令模式将一个请求封装为一个对象，从而使用户可用不同的请求来参数化其他对象。它还可以支持撤销(Undo)操作。 **13. 装饰模式 (Decorator Pattern)** 装饰模式动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能而言，装饰模式相比生成子类更加灵活。 **14. 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各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。 **15. 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。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。 **16. 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。 **17. 责任链模式 (Chain of Responsibility Pattern)** 责任链模式让多个处理者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，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。 **18. 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。 **19. 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。 **20. 原型模式 (Prototype Pattern)** 原型模式用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。 **21. 中介者模式 (Mediator Pattern)** 中介者模式用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者模式使得各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。 **22. 解释器模式 (Interpreter Pattern)** 解释器模式给出了评估语言的文法表达式的解释器。它属于行为型模式。 **23. 享元模式 (Flyweight Pattern)** 享元模式运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。通过共享对象来减少内存消耗。 **24. 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。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。 #### 三、六大设计原则 设计模式的正确使用离不开以下六项基本原则： **1. 单一职责原则 (Single Responsibility Principle)** 一个类应该只负责一项职责。如果一个类承担了多项职责，则这些职责应该被分离到不同的类中。 **2. 里氏替换原则 (Liskov Substitution Principle)** 子类型必须能够替换它们的基类型。这意味着，如果程序中使用的是父类，则可以用子类的对象替换父类的对象，而程序的行为不会出现异常。 **3. 依赖倒置原则 (Dependence Inversion Principle)** 高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖其抽象。抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。 **4. 接口隔离原则 (Interface Segregation Principle)** 客户端不应该被迫依赖它不需要的接口。如果一个接口太大，则需要将它分割成一些更小的和更具体的接口，使得实际的接口只包含客户端真正关心的方法。 **5. 迪米特法则 (Law of Demeter)** 一个对象应当对其他对象保持最少的了解。即一个对象只应当与它的直接朋友发生交互，这里的“朋友”是指当前对象自身、当前对象的成员对象、成员对象的成员对象、当前对象的参数、当前对象的返回值。 **6. 开闭原则 (Open-Closed Principle)** 软件实体(类、模块、函数等)应该是可扩展的，但是不可修改的。也就是说，对于扩展是开放的，对于更改是关闭的。 通过理解和运用这些设计模式与原则，开发者可以更好地构建出结构清晰、易于维护的软件系统。这些模式和原则不仅限于Java编程语言，而是广泛适用于各种面向对象的编程环境。