软件设计样式学习

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1、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

2、简单工厂模式

简单工厂直接依赖于工厂的产品，简单工厂的处理函数包含了对产品的处理。

简单工厂模式的缺点：

• 工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都会受到影响。

• 系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，这样就会造成工厂逻辑过于复杂。

了解了简单工厂模式之后的优缺点之后，我们之后就可以知道简单工厂的应用场景了：

• 当工厂类负责创建的对象比较少时可以考虑使用简单工厂模式。

• 客户如果只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象的逻辑不关心时可以考虑使用简单工厂模式。

3、工厂模式

在工厂方法模式中，工厂类与具体产品类具有平行的等级结构，它们之间是一一对应的。

工厂方法模式通过面向对象编程中的多态性来将对象的创建延迟到具体工厂中，从而解决了简单工厂模式中存在的问题，也很好地符合了开放封闭原则（即对扩展开放，对修改封闭）。

4、抽象工厂模式

抽象工厂模式：提供一个创建产品的接口来负责创建相关或依赖的对象，而不具体明确指定具体类

抽象工厂模式很难支持新种类产品的变化。这是因为抽象工厂接口中已经确定了可以被创建的产品集合，如果需要添加新产品，此时就必须去修改抽象工厂的接口，这样就涉及到抽象工厂类的以及所有子类的改变，这样也就违背了“开发——封闭”原则。

知道了抽象工厂的优缺点之后，也就能很好地把握什么情况下考虑使用抽象工厂模式了，下面就具体看看使用抽象工厂模式的系统应该符合那几个前提：

一个系统不要求依赖产品类实例如何被创建、组合和表达的表达，这点也是所有工厂模式应用的前提。这个系统有多个系列产品，而系统中只消费其中某一系列产品系统要求提供一个产品类的库，所有产品以同样的接口出现，客户端不需要依赖具体实现。

5、建造者模式

1. 在建造者模式中，指挥者是直接与客户端打交道的，指挥者将客户端创建产品的请求划分为对各个部件的建造请求，再将这些请求委派到具体建造者角色，具体建造者角色是完成具体产品的构建工作的，却不为客户所知道。

2. 建造者模式主要用于“分步骤来构建一个复杂的对象”，其中“分步骤”是一个固定的组合过程，而复杂对象的各个部分是经常变化的。

3. 产品不需要抽象类，由于建造模式的创建出来的最终产品可能差异很大，所以不大可能提炼出一个抽象产品类。

4. 在前面文章中介绍的抽象工厂模式解决了“系列产品”的需求变化，而建造者模式解决的是 “产品部分” 的需要变化。

5. 由于建造者隐藏了具体产品的组装过程，所以要改变一个产品的内部表示，只需要再实现一个具体的建造者就可以了，从而能很好地应对产品组成组件的需求变化。

6、原型模式

原型模式用一个原型对象来指明所要创建的对象类型，然后用复制这个原型对象的方法来创建出更多的同类型对象，它与工厂方法模式的实现非常相似，其中原型模式中的Clone方法就类似工厂方法模式中的工厂方法，只是工厂方法模式的工厂方法是通过new运算符重新创建一个新的对象（相当于原型模式的深拷贝实现），而原型模式是通过调用MemberwiseClone方法来对原来对象进行拷贝，也就是复制，同时在原型模式优点中也介绍了与工厂方法的区别（第三点）。

7、适配器模式

适配器模式——把一个类的接口变换成客户端所期待的另一种接口，从而使原本接口不匹配而无法一起工作的两个类能够在一起工作。

类的适配器模式：

优点：

• 可以在不修改原有代码的基础上来复用现有类，很好地符合 “开闭原则”

• 可以重新定义Adaptee(被适配的类)的部分行为，因为在类适配器模式中，Adapter是Adaptee的子类

• 仅仅引入一个对象，并不需要额外的字段来引用Adaptee实例（这个即是优点也是缺点）。

缺点：

• 用一个具体的Adapter类对Adaptee和Target进行匹配，当如果想要匹配一个类以及所有它的子类时，类的适配器模式就不能胜任了。因为类的适配器模式中没有引入Adaptee的实例，光调用this.SpecificRequest方法并不能去调用它对应子类的SpecificRequest方法。

• 采用了 “多继承”的实现方式，带来了不良的高耦合。

对象的适配器模式

优点：

• 可以在不修改原有代码的基础上来复用现有类，很好地符合 “开闭原则”（这点是两种实现方式都具有的）

• 采用 “对象组合”的方式，更符合松耦合。

缺点：

• 使得重定义Adaptee的行为较困难，这就需要生成Adaptee的子类并且使得Adapter引用这个子类而不是引用Adaptee本身。

适配器可以是抽象类，并适配器模式的实现是非常灵活的，我们完全可以将Adapter模式中的“现存对象”作为新的接口方法参数，适配器类可以根据参数参数可以返回一个合适的实例给客户端。

8、桥接模式

桥接模式实现了抽象化与实现化的解耦，使它们相互独立互不影响到对方。

优点：

把抽象接口与其实现解耦。

抽象和实现可以独立扩展，不会影响到对方。

实现细节对客户透明，对用于隐藏了具体实现细节。

缺点： 增加了系统的复杂度

桥接模式的使用场景，在以下情况下应当使用桥接模式：

1. 如果一个系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色之间添加更多的灵活性，避免在两个层次之间建立静态的联系。

2. 设计要求实现化角色的任何改变不应当影响客户端，或者实现化角色的改变对客户端是完全透明的。

3. 需要跨越多个平台的图形和窗口系统上。

4. 一个类存在两个独立变化的维度，且两个维度都需要进行扩展。

9、装饰者模式

装饰者模式采用对象组合而非继承的方式实现了再运行时动态地扩展对象功能的能力，而且可以根据需要扩展多个功能，避免了单独使用继承带来的 ”灵活性差“和”多子类衍生问题“。同时它很好地符合面向对象设计原则中 ”优先使用对象组合而非继承“和”开放-封闭“原则。

优点：装饰这模式和继承的目的都是扩展对象的功能，但装饰者模式比继承更灵活通过使用不同的具体装饰类以及这些类的排列组合，设计师可以创造出很多不同行为的组合装饰者模式有很好地可扩展性缺点：装饰者模式会导致设计中出现许多小对象，如果过度使用，会让程序变的更复杂。并且更多的对象会是的差错变得困难，特别是这些对象看上去都很像。

10、组合模式

组合模式允许你将对象组合成树形结构来表现”部分-整体“的层次结构，使得客户以一致的方式处理单个对象以及对象的组合。

优点：

组合模式使得客户端代码可以一致地处理对象和对象容器，无需关系处理的单个对象，还是组合的对象容器。将”客户代码与复杂的对象容器结构“解耦。可以更容易地往组合对象中加入新的构件。缺点：使得设计更加复杂。客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系。（这个是几乎所有设计模式所面临的问题）。

注意的问题：

有时候系统需要遍历一个树枝结构的子构件很多次，这时候可以考虑把遍历子构件的结构存储在父构件里面作为缓存。客户端尽量不要直接调用树叶类中的方法，而是借用其父类（Graphics）的多态性完成调用，这样可以增加代码的复用性。

11、外观模式

外观模式提供了一个统一的接口，用来访问子系统中的一群接口。外观定义了一个高层接口，让子系统更容易使用。使用外观模式时，我们创建了一个统一的类，用来包装子系统中一个或多个复杂的类，客户端可以直接通过外观类来调用内部子系统中方法，从而外观模式让客户和子系统之间避免了紧耦合。

使用了外观模式之后，客户端只依赖于外观类，从而将客户端与子系统的依赖解耦了，如果子系统发生改变，此时客户端的代码并不需要去改变。外观模式的实现核心主要是——由外观类去保存各个子系统的引用，实现由一个统一的外观类去包装多个子系统类，然而客户端只需要引用这个外观类，然后由外观类来调用各个子系统中的方法。然而这样的实现方式非常类似适配器模式，然而外观模式与适配器模式不同的是：适配器模式是将一个对象包装起来以改变其接口，而外观是将一群对象 ”包装“起来以简化其接口。它们的意图是不一样的，适配器是将接口转换为不同接口，而外观模式是提供一个统一的接口来简化接口。

优点：

1. 外观模式对客户屏蔽了子系统组件，从而简化了接口，减少了客户处理的对象数目并使子系统的使用更加简单。

2. 外观模式实现了子系统与客户之间的松耦合关系，而子系统内部的功能组件是紧耦合的。松耦合使得子系统的组件变化不会影响到它的客户。

缺点：

1. 如果增加新的子系统可能需要修改外观类或客户端的源代码，这样就违背了”开——闭原则“（不过这点也是不可避免）。

12、享元模式

“既然都是同一个对象，能不能只创建一个对象，然后下次需要创建这个对象的时候，让它直接用已经创建好了的对象就好了”，也就是说——让一个对象共享。不错，这个也是享元模式的实现精髓所在。

享元模式——运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。享元模式可以避免大量相似类的开销，在软件开发中如果需要生成大量细粒度的类实例来表示数据，如果这些实例除了几个参数外基本上都是相同的，这时候就可以使用享元模式来大幅度减少需要实例化类的数量。如果能把这些参数（指的这些类实例不同的参数）移动类实例外面，在方法调用时将他们传递进来，这样就可以通过共享大幅度地减少单个实例的数目。（这个也是享元模式的实现要领）,然而我们把类实例外面的参数称为享元对象的外部状态，把在享元对象内部定义称为内部状态。具体享元对象的内部状态与外部状态的定义为：

内部状态：在享元对象的内部并且不会随着环境的改变而改变的共享部分

外部状态：随环境改变而改变的，不可以共享的状态。

优点：

1. 降低了系统中对象的数量，从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。

缺点：

1. 为了使对象可以共享，需要将一些状态外部化，这使得程序的逻辑更复杂，使系统复杂化。

2. 享元模式将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间稍微变长。

13、代理模式

代理模式——就是给某一个对象提供一个代理，并由代理对象控制对原对象的引用。在一些情况下，一个客户不想或者不能直接引用一个对象，而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。

优点：

1. 代理模式能够将调用用于真正被调用的对象隔离，在一定程度上降低了系统的耦合度；

2. 代理对象在客户端和目标对象之间起到一个中介的作用，这样可以起到对目标对象的保护。代理对象可以在对目标对象发出请求之前进行一个额外的操作，例如权限检查等。

缺点：

1. 由于在客户端和真实主题之间增加了一个代理对象，所以会造成请求的处理速度变慢

2. 实现代理类也需要额外的工作，从而增加了系统的实现复杂度。

14、模板方法模式

模板方法模式——在一个抽象类中定义一个操作中的算法骨架（对应于生活中的大家下载的模板），而将一些步骤延迟到子类中去实现（对应于我们根据自己的情况向模板填充内容）。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构前提下，重新定义算法的某些特定步骤，模板方法模式把不变行为搬到超类中，从而去除了子类中的重复代码。

把相同的部分抽象出来到抽象类中去定义，具体子类来实现具体的不同部分，这个思路也正式模板方法的实现精髓所在。

优点：

1. 实现了代码复用

2. 能够灵活应对子步骤的变化，符合开放-封闭原则

缺点：因为引入了一个抽象类，如果具体实现过多的话，需要用户或开发人员需要花更多的时间去理清类之间的关系。

 

15、命令模式

命令模式属于对象的行为型模式。命令模式是把一个操作或者行为抽象为一个对象中，通过对命令的抽象化来使得发出命令的责任和执行命令的责任分隔开。命令模式的实现可以提供命令的撤销和恢复功能。

在下面的情况下可以考虑使用命令模式：

1. 系统需要支持命令的撤销（undo）。命令对象可以把状态存储起来，等到客户端需要撤销命令所产生的效果时，可以调用undo方法吧命令所产生的效果撤销掉。命令对象还可以提供redo方法，以供客户端在需要时，再重新实现命令效果。

2. 系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队。一个命令对象和原先的请求发出者可以有不同的生命周期。意思为：原来请求的发出者可能已经不存在了，而命令对象本身可能仍是活动的。这时命令的接受者可以在本地，也可以在网络的另一个地址。命令对象可以串行地传送到接受者上去。

3. 如果一个系统要将系统中所有的数据消息更新到日志里，以便在系统崩溃时，可以根据日志里读回所有数据的更新命令，重新调用方法来一条一条地执行这些命令，从而恢复系统在崩溃前所做的数据更新。

4. 系统需要使用命令模式作为“CallBack(回调)”在面向对象系统中的替代。Callback即是先将一个方法注册上，然后再以后调用该方法。

命令模式使得命令发出的一个和接收的一方实现低耦合，从而有以下的优点：

• 命令模式使得新的命令很容易被加入到系统里。

• 可以设计一个命令队列来实现对请求的Undo和Redo操作。

• 可以较容易地将命令写入日志。

• 可以把命令对象聚合在一起，合成为合成命令。合成命令式合成模式的应用。

　　命令模式的缺点：

• 使用命令模式可能会导致系统有过多的具体命令类。这会使得命令模式在这样的系统里变得不实际。

16、迭代器模式

迭代器模式提供了一种方法顺序访问一个聚合对象（理解为集合对象）中各个元素，而又无需暴露该对象的内部表示，这样既可以做到不暴露集合的内部结构，又可让外部代码透明地访问集合内部的数据。

既然，迭代器模式承担了遍历集合对象的职责，则该模式自然存在2个类，一个是聚合类，一个是迭代器类。在面向对象涉及原则中还有一条是针对接口编程，所以，在迭代器模式中，抽象了2个接口，一个是聚合接口，另一个是迭代器接口，这样迭代器模式中就四个角色了。

17、观察者模式

从生活中的例子可以看出，只要对订阅号进行关注的客户端，如果订阅号有什么更新，就会直接推送给订阅了的用户。从中，我们就可以得出观察者模式的定义。

　　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，这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己的行为。

18、中介者模式

中介者模式，定义了一个中介对象来封装系列对象之间的交互。中介者使各个对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合性降低，而且可以独立地改变它们之间的交互。中介者模式一般应用于一组定义良好的对象之间需要进行通信的场合以及想定制一个分布在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类的情形下。

中介者模式具有以下几点优点：

• 简化了对象之间的关系，将系统的各个对象之间的相互关系进行封装，将各个同事类解耦，使得系统变为松耦合。

• 提供系统的灵活性，使得各个同事对象独立而易于复用。

　　然而，中介者模式也存在对应的缺点：

• 中介者模式中，中介者角色承担了较多的责任，所以一旦这个中介者对象出现了问题，整个系统将会受到重大的影响。例如，QQ游戏中计算欢乐豆的程序出错了，这样会造成重大的影响。

• 新增加一个同事类时，不得不去修改抽象中介者类和具体中介者类，此时可以使用观察者模式和状态模式来解决这个问题。

19、状态者模式

每个对象都有其对应的状态，而每个状态又对应一些相应的行为，如果某个对象有多个状态时，那么就会对应很多的行为。那么对这些状态的判断和根据状态完成的行为，就会导致多重条件语句，并且如果添加一种新的状态时，需要更改之前现有的代码。这样的设计显然违背了开闭原则。状态模式正是用来解决这样的问题的。状态模式将每种状态对应的行为抽象出来成为单独新的对象，这样状态的变化不再依赖于对象内部的行为。

状态模式——允许一个对象在其内部状态改变时自动改变其行为，对象看起来就像是改变了它的类。

在以下情况下可以考虑使用状态者模式。

• 当一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时可以使用状态者模式。把状态的判断逻辑转移到表示不同状态的一系列类中，可以把复杂的判断逻辑简单化。

• 当一个对象行为取决于它的状态，并且它需要在运行时刻根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态者模式。

状态者模式的主要优点是：

• 将状态判断逻辑每个状态类里面，可以简化判断的逻辑。

• 当有新的状态出现时，可以通过添加新的状态类来进行扩展，扩展性好。

　　状态者模式的主要缺点是：

• 如果状态过多的话，会导致有非常多的状态类，加大了开销。

20、策略者模式

策略模式是针对一组算法，将每个算法封装到具有公共接口的独立的类中，从而使它们可以相互替换。策略模式使得算法可以在不影响到客户端的情况下发生变化。

策略模式是对算法的包装，是把使用算法的责任和算法本身分割开，委派给不同的对象负责。策略模式通常把一系列的算法包装到一系列的策略类里面。用一句话慨括策略模式就是——“将每个算法封装到不同的策略类中，使得它们可以互换”。

在下面的情况下可以考虑使用策略模式：

• 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种的情况下。那么这些算法可以包装到一个个具体的算法类里面，并为这些具体的算法类提供一个统一的接口。

• 如果一个对象有很多的行为，如果不使用合适的模式，这些行为就只好使用多重的if-else语句来实现，此时，可以使用策略模式，把这些行为转移到相应的具体策略类里面，就可以避免使用难以维护的多重条件选择语句，并体现面向对象涉及的概念。

策略模式主要是对方法的封装，把一系列方法封装到一系列的策略类中，从而使不同的策略类可以自由切换和避免在系统使用多重条件选择语句来选择针对不同情况来选择不同的方法。

21、责任链模式

责任链模式指的是——某个请求需要多个对象进行处理，从而避免请求的发送者和接收之间的耦合关系。将这些对象连成一条链子，并沿着这条链子传递该请求，直到有对象处理它为止。

从责任链模式的定义可以发现，责任链模式涉及的对象只有处理者角色，但由于有多个处理者，它们具有共同的处理请求的方法，所以这里抽象出一个抽象处理者角色进行代码复用。

责任链模式的优点不言而喻，主要有以下点：

• 降低了请求的发送者和接收者之间的耦合。

• 把多个条件判定分散到各个处理类中，使得代码更加清晰，责任更加明确。

　　责任链模式也具有一定的缺点，如：

• 在找到正确的处理对象之前，所有的条件判定都要执行一遍，当责任链过长时，可能会引起性能的问题

• 可能导致某个请求不被处理。

22、访问者模式

访问者模式是封装一些施加于某种数据结构之上的操作。一旦这些操作需要修改的话，接受这个操作的数据结构则可以保存不变。访问者模式适用于数据结构相对稳定的系统， 它把数据结构和作用于数据结构之上的操作之间的耦合度降低，使得操作集合可以相对自由地改变。

　　数据结构的每一个节点都可以接受一个访问者的调用，此节点向访问者对象传入节点对象，而访问者对象则反过来执行节点对象的操作。这样的过程叫做“双重分派”。节点调用访问者，将它自己传入，访问者则将某算法针对此节点执行。

访问者模式是用来封装一些施加于某种数据结构之上的操作。它使得可以在不改变元素本身的前提下增加作用于这些元素的新操作，访问者模式的目的是把操作从数据结构中分离出来。

23、备忘录模式

备忘录模式就是对某个类的状态进行保存下来，等到需要恢复的时候，可以从备忘录中进行恢复。生活中这样的例子经常看到，如备忘电话通讯录，备份操作操作系统，备份数据库等。

　　备忘录模式的具体定义是：在不破坏封装的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，这样以后就可以把该对象恢复到原先的状态。

备忘录模式主要思想是——利用备忘录对象来对保存发起人的内部状态，当发起人需要恢复原来状态时，再从备忘录对象中进行获取，在实际开发过程也应用到这点，例如数据库中的事务处理。

备忘录模式具有以下优点：

• 如果某个操作错误地破坏了数据的完整性，此时可以使用备忘录模式将数据恢复成原来正确的数据。

• 备份的状态数据保存在发起人角色之外，这样发起人就不需要对各个备份的状态进行管理。而是由备忘录角色进行管理，而备忘录角色又是由管理者角色管理，符合单一职责原则。

　　当然，备忘录模式也存在一定的缺点：

• 在实际的系统中，可能需要维护多个备份，需要额外的资源，这样对资源的消耗比较严重。