23中设计模式

### 23种设计模式详解 #### 一、引言 设计模式是在软件工程领域内广泛应用的一种编程思想，它提供了一系列解决常见问题的最佳实践。23种设计模式由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides四位大师（合称GoF）在他们的著作《设计模式：可复用面向对象软件的基础》中首次系统地提出，并由此得名GoF23种设计模式。这些模式被分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。 #### 二、创建型模式 创建型模式关注的是对象的创建机制，主要解决如何创建对象而不暴露创建逻辑的问题，通过引入更高层次的抽象来减少系统的耦合度。 1. **Factory模式** - **定义**：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。Factory Method使得一个类的实例化延迟到其子类。 - **适用场景**：当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候，或者当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。 - **优点**：客户端不必知道所创建的具体产品类，便于产品类的扩展。 2. **Abstract Factory模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：一个系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时，或者一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时。 - **优点**：可以在类的内部对产品族中相关的产品对象做出约束。 3. **Singleton模式** - **定义**：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 - **适用场景**：当一个类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。 - **优点**：控制资源的唯一实例。 4. **Builder模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分及其装配方式时。 - **优点**：用户可以只通过指定复杂对象的类型和内容就可以创建它们，而不需要知道内部的具体构建细节。 5. **Prototype模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载；为了避免建造过程中的重复工作。 - **优点**：能够指明创建的对象的类型，同时将类的实例化操作延迟到子类。 #### 三、结构型模式 结构型模式关注如何组合类或对象构成更大的结构。 1. **Bridge模式** - **定义**：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立变化。 - **适用场景**：如果一个系统有多个维度，而这些维度需要独立变化时。 - **优点**：可以独立地改变抽象和实现部分。 2. **Adapter模式** - **定义**：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter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。 - **适用场景**：希望复用一些现存的类，但接口又与复用环境的要求不一致时。 - **优点**：可以复用现有的类，而无需修改原有的代码。 3. **Decorator模式** - **定义**：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式相比生成子类更加灵活。 - **适用场景**：在一个对象上动态地增减功能，而不是通过继承来实现功能扩展。 - **优点**：可以动态地给对象添加功能，同时还可以保持装饰对象的类结构清晰。 4. **Composite模式** - **定义**：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。 - **适用场景**：当想要表示对象的部分-整体层次结构时。 - **优点**：可以在任何时候对叶子对象进行修改。 5. **Flyweight模式** - **定义**：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 - **适用场景**：当一个应用程序使用了大量的相似对象，以至于消耗了过多的内存时。 - **优点**：通过共享对象减少内存消耗。 6. **Facade模式** - **定义**：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade模式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。 - **适用场景**：当一个子系统的使用变得越来越复杂时。 - **优点**：提供了一个统一的接口，简化了外部调用者的使用。 7. **Proxy模式** - **定义**：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。 - **适用场景**：远程代理；虚拟代理；保护代理等。 - **优点**：可以对目标对象进行预处理或后处理，实现权限控制等功能。 #### 四、行为型模式 行为型模式关注对象之间的职责分配。 1. **Template Method模式** - **定义**：定义一个操作中的算法的骨架，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。 - **适用场景**：一次性实现一个算法的不变的部分，并将可变的行为留给子类来实现。 - **优点**：封装了不变行为，开放了可变行为。 2. **Strategy模式** - **定义**：定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。Strategy模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。 - **适用场景**：许多相关的类仅仅是行为有异时。 - **优点**：策略对象可以自由切换，避免使用多重条件转移语句。 3. **State模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。 - **优点**：结构清晰，状态模式把复杂的判断逻辑提取到不同的状态对象中，使得程序结构清晰。 4. **Observer模式** - **定义**：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。 - **适用场景**：一个对象（目标对象）的状态发生改变，所有的依赖对象（观察者对象）都需要得到通知，并自动更新时。 - **优点**：降低了目标与观察者之间的耦合关系。 5. **Memento模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：需要保存和恢复数据的相关状态而又不想暴露其数据时。 - **优点**：确保封装边界不会被破坏。 6. **Mediator模式** - **定义**：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。Mediator模式使得各个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。 - **适用场景**：一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信，产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解时。 - **优点**：降低类间的耦合度，使得各个类之间能独立地发展。 7. **Command模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：需要在不同的时刻指定请求，或者将请求放入队列中，或者记录请求日志，或者支持可撤销操作时。 - **优点**：降低了发送者和接收者的耦合度，提高了命令的复用性。 8. **Visitor模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作“污染”这些对象的类时。 - **优点**：增加了新的操作，可以很方便地通过增加新的访问者实现。 9. **Chain of Responsibility模式** - **定义**：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，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。 - **适用场景**：有多个对象可以处理同一个请求，具体哪个对象处理该请求由运行时刻自动确定时。 - **优点**：降低了请求的发送者和接收者之间的耦合。 10. **Iterator模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示时。 - **优点**：它支持以不同的方式遍历一个聚合对象。 11. **Interpreter模式** - **定义**：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。 - **适用场景**：当一个语言需要解释执行，并且可以将句子表示为一个抽象语法树时。 - **优点**：可以很容易地改变和扩展文法规则。 通过以上介绍，我们可以看到23种设计模式覆盖了软件开发中的多种场景，每种模式都有其独特的应用场景和优势。掌握这些设计模式不仅可以提高代码的可维护性和可扩展性，还能促进团队成员之间的沟通和协作，是每个软件工程师都应该掌握的基本技能之一。