詳解JAVA面向對象的設計模式 （零）、GoF的23種設計模式

何爲軟件設計模式

軟件設計模式的概念與意義

有關軟件設計模式的定義不少，有些從模式的特色來講明，有些從模式的做用來講明。本教程給出的定義是大多數學者公認的，從如下兩個方面來講明。

1. 軟件設計模式的概念

軟件設計模式（Software Design Pattern），又稱設計模式，是一套被反覆使用、多數人知曉的、通過分類編目的、代碼設計經驗的總結。它描述了在軟件設計過程當中的一些不斷重複發生的問題，以及該問題的解決方案。也就是說，它是解決特定問題的一系列套路，是前輩們的代碼設計經驗的總結，具備必定的廣泛性，能夠反覆使用。其目的是爲了提升代碼的可重用性、代碼的可讀性和代碼的可靠性。

2. 學習設計模式的意義

設計模式的本質是面向對象設計原則的實際運用，是對類的封裝性、繼承性和多態性以及類的關聯關係和組合關係的充分理解。正確使用設計模式具備如下優勢。

• 能夠提升程序員的思惟能力、編程能力和設計能力。
• 使程序設計更加標準化、代碼編制更加工程化，使軟件開發效率大大提升，從而縮短軟件的開發週期。
• 使設計的代碼可重用性高、可讀性強、可靠性高、靈活性好、可維護性強。

固然，軟件設計模式只是一個引導。在具體的軟件幵發中，必須根據設計的應用系統的特色和要求來恰當選擇。對於簡單的程序開發，苛能寫一個簡單的算法要比引入某種設計模式更加容易。但對大項目的開發或者框架設計，用設計模式來組織代碼顯然更好。

軟件設計模式的基本要素

軟件設計模式令人們能夠更加簡單方便地複用成功的設計和體系結構，它一般包含如下幾個基本要素：模式名稱、別名、動機、問題、解決方案、效果、結構、模式角色、合做關係、實現方法、適用性、已知應用、例程、模式擴展和相關模式等，其中最關鍵的元素包括如下 4 個主要部分。

1. 模式名稱

每個模式都有本身的名字，一般用一兩個詞來描述，能夠根據模式的問題、特色、解決方案、功能和效果來命名。模式名稱（PatternName）有助於咱們理解和記憶該模式，也方便咱們來討論本身的設計。

2. 問題

問題（Problem）描述了該模式的應用環境，即什麼時候使用該模式。它解釋了設計問題和問題存在的來龍去脈，以及必須知足的一系列先決條件。

3. 解決方案

模式問題的解決方案（Solution）包括設計的組成成分、它們之間的相互關係及各自的職責和協做方式。由於模式就像一個模板，可應用於多種不一樣場合，因此解決方案並不描述一個特定而具體的設計或實現，而是提供設計問題的抽象描述和怎樣用一個具備通常意義的元素組合（類或對象的 組合）來解決這個問題。

4. 效果

描述了模式的應用效果以及使用該模式應該權衡的問題，即模式的優缺點。主要是對時間和空間的衡量，以及該模式對系統的靈活性、擴充性、可移植性的影響，也考慮其實現問題。顯式地列出這些效果（Consequence）對理解和評價這些模式有很大的幫助。

 

GoF的23種設計模式分類

設計模式有兩種分類方法，即根據模式的目的來分和根據模式的做用的範圍來分。

1. 根據目的來分

根據模式是用來完成什麼工做來劃分，這種方式可分爲建立型模式、結構型模式和行爲型模式 3 種。

1. 建立型模式：用於描述「怎樣建立對象」，它的主要特色是「將對象的建立與使用分離」。GoF 中提供了單例、原型、工廠方法、抽象工廠、建造者等 5 種建立型模式。
2. 結構型模式：用於描述如何將類或對象按某種佈局組成更大的結構，GoF 中提供了代理、適配器、橋接、裝飾、外觀、享元、組合等 7 種結構型模式。
3. 行爲型模式：用於描述類或對象之間怎樣相互協做共同完成單個對象都沒法單獨完成的任務，以及怎樣分配職責。GoF 中提供了模板方法、策略、命令、職責鏈、狀態、觀察者、中介者、迭代器、訪問者、備忘錄、解釋器等 11 種行爲型模式。

2. 根據做用範圍來分

根據模式是主要用於類上仍是主要用於對象上來分，這種方式可分爲類模式和對象模式兩種。

1. 類模式：用於處理類與子類之間的關係，這些關係經過繼承來創建，是靜態的，在編譯時刻便肯定下來了。GoF中的工廠方法、（類）適配器、模板方法、解釋器屬於該模式。
2. 對象模式：用於處理對象之間的關係，這些關係能夠經過組合或聚合來實現，在運行時刻是能夠變化的，更具動態性。GoF 中除了以上 4 種，其餘的都是對象模式。

表 1 介紹了這 23 種設計模式的分類。

表1GoF 的 23 種設計模式的分類表

範圍\目的	建立型模式	結構型模式	行爲型模式
類模式	工廠方法	(類）適配器	模板方法、解釋器
對象模式	單例 原型 抽象工廠 建造者	代理 (對象）適配器 橋接 裝飾 外觀 享元 組合	策略 命令 職責鏈 狀態 觀察者 中介者 迭代器 訪問者 備忘錄

3. GoF的23種設計模式的功能

前面說明了 GoF 的 23 種設計模式的分類，如今對各個模式的功能進行介紹。

1. 單例（Singleton）模式：某個類只能生成一個實例，該類提供了一個全局訪問點供外部獲取該實例，其拓展是有限多例模式。
2. 原型（Prototype）模式：將一個對象做爲原型，經過對其進行復制而克隆出多個和原型相似的新實例。
3. 工廠方法（Factory Method）模式：定義一個用於建立產品的接口，由子類決定生產什麼產品。
4. 抽象工廠（AbstractFactory）模式：提供一個建立產品族的接口，其每一個子類能夠生產一系列相關的產品。
5. 建造者（Builder）模式：將一個複雜對象分解成多個相對簡單的部分，而後根據不一樣須要分別建立它們，最後構建成該複雜對象。
6. 代理（Proxy）模式：爲某對象提供一種代理以控制對該對象的訪問。即客戶端經過代理間接地訪問該對象，從而限制、加強或修改該對象的一些特性。
7. 適配器（Adapter）模式：將一個類的接口轉換成客戶但願的另一個接口，使得本來因爲接口不兼容而不能一塊兒工做的那些類能一塊兒工做。
8. 橋接（Bridge）模式：將抽象與實現分離，使它們能夠獨立變化。它是用組合關係代替繼承關係來實現，從而下降了抽象和實現這兩個可變維度的耦合度。
9. 裝飾（Decorator）模式：動態的給對象增長一些職責，即增長其額外的功能。
10. 外觀（Facade）模式：爲多個複雜的子系統提供一個一致的接口，使這些子系統更加容易被訪問。
11. 享元（Flyweight）模式：運用共享技術來有效地支持大量細粒度對象的複用。
12. 組合（Composite）模式：將對象組合成樹狀層次結構，使用戶對單個對象和組合對象具備一致的訪問性。
13. 模板方法（TemplateMethod）模式：定義一個操做中的算法骨架，而將算法的一些步驟延遲到子類中，使得子類能夠不改變該算法結構的狀況下重定義該算法的某些特定步驟。
14. 策略（Strategy）模式：定義了一系列算法，並將每一個算法封裝起來，使它們能夠相互替換，且算法的改變不會影響使用算法的客戶。
15. 命令（Command）模式：將一個請求封裝爲一個對象，使發出請求的責任和執行請求的責任分割開。
16. 職責鏈（Chain of Responsibility）模式：把請求從鏈中的一個對象傳到下一個對象，直到請求被響應爲止。經過這種方式去除對象之間的耦合。
17. 狀態（State）模式：容許一個對象在其內部狀態發生改變時改變其行爲能力。
18. 觀察者（Observer）模式：多個對象間存在一對多關係，當一個對象發生改變時，把這種改變通知給其餘多個對象，從而影響其餘對象的行爲。
19. 中介者（Mediator）模式：定義一箇中介對象來簡化原有對象之間的交互關係，下降系統中對象間的耦合度，使原有對象之間沒必要相互瞭解。
20. 迭代器（Iterator）模式：提供一種方法來順序訪問聚合對象中的一系列數據，而不暴露聚合對象的內部表示。
21. 訪問者（Visitor）模式：在不改變集合元素的前提下，爲一個集合中的每一個元素提供多種訪問方式，即每一個元素有多個訪問者對象訪問。
22. 備忘錄（Memento）模式：在不破壞封裝性的前提下，獲取並保存一個對象的內部狀態，以便之後恢復它。
23. 解釋器（Interpreter）模式：提供如何定義語言的文法，以及對語言句子的解釋方法，即解釋器。

必須指出，這 23 種設計模式不是孤立存在的，不少模式之間存在必定的關聯關係，在大的系統開發中經常同時使用多種設計模式。

 

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