详解JAVA面向对象的设计模式 （零）、GoF的23种设计模式

何为软件设计模式

软件设计模式的概念与意义

有关软件设计模式的定义不少，有些从模式的特色来讲明，有些从模式的做用来讲明。本教程给出的定义是大多数学者公认的，从如下两个方面来讲明。

1. 软件设计模式的概念

软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、通过分类编目的、代码设计经验的总结。它描述了在软件设计过程当中的一些不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案。也就是说，它是解决特定问题的一系列套路，是前辈们的代码设计经验的总结，具备必定的广泛性，能够反复使用。其目的是为了提升代码的可重用性、代码的可读性和代码的可靠性。

2. 学习设计模式的意义

设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。正确使用设计模式具备如下优势。

• 能够提升程序员的思惟能力、编程能力和设计能力。
• 使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提升，从而缩短软件的开发周期。
• 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

固然，软件设计模式只是一个引导。在具体的软件幵发中，必须根据设计的应用系统的特色和要求来恰当选择。对于简单的程序开发，苛能写一个简单的算法要比引入某种设计模式更加容易。但对大项目的开发或者框架设计，用设计模式来组织代码显然更好。

软件设计模式的基本要素

软件设计模式令人们能够更加简单方便地复用成功的设计和体系结构，它一般包含如下几个基本要素：模式名称、别名、动机、问题、解决方案、效果、结构、模式角色、合做关系、实现方法、适用性、已知应用、例程、模式扩展和相关模式等，其中最关键的元素包括如下 4 个主要部分。

1. 模式名称

每个模式都有本身的名字，一般用一两个词来描述，能够根据模式的问题、特色、解决方案、功能和效果来命名。模式名称（PatternName）有助于咱们理解和记忆该模式，也方便咱们来讨论本身的设计。

2. 问题

问题（Problem）描述了该模式的应用环境，即什么时候使用该模式。它解释了设计问题和问题存在的来龙去脉，以及必须知足的一系列先决条件。

3. 解决方案

模式问题的解决方案（Solution）包括设计的组成成分、它们之间的相互关系及各自的职责和协做方式。由于模式就像一个模板，可应用于多种不一样场合，因此解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现，而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具备通常意义的元素组合（类或对象的 组合）来解决这个问题。

4. 效果

描述了模式的应用效果以及使用该模式应该权衡的问题，即模式的优缺点。主要是对时间和空间的衡量，以及该模式对系统的灵活性、扩充性、可移植性的影响，也考虑其实现问题。显式地列出这些效果（Consequence）对理解和评价这些模式有很大的帮助。

 

GoF的23种设计模式分类

设计模式有两种分类方法，即根据模式的目的来分和根据模式的做用的范围来分。

1. 根据目的来分

根据模式是用来完成什么工做来划分，这种方式可分为建立型模式、结构型模式和行为型模式 3 种。

1. 建立型模式：用于描述“怎样建立对象”，它的主要特色是“将对象的建立与使用分离”。GoF 中提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等 5 种建立型模式。
2. 结构型模式：用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，GoF 中提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合等 7 种结构型模式。
3. 行为型模式：用于描述类或对象之间怎样相互协做共同完成单个对象都没法单独完成的任务，以及怎样分配职责。GoF 中提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等 11 种行为型模式。

2. 根据做用范围来分

根据模式是主要用于类上仍是主要用于对象上来分，这种方式可分为类模式和对象模式两种。

1. 类模式：用于处理类与子类之间的关系，这些关系经过继承来创建，是静态的，在编译时刻便肯定下来了。GoF中的工厂方法、（类）适配器、模板方法、解释器属于该模式。
2. 对象模式：用于处理对象之间的关系，这些关系能够经过组合或聚合来实现，在运行时刻是能够变化的，更具动态性。GoF 中除了以上 4 种，其余的都是对象模式。

表 1 介绍了这 23 种设计模式的分类。

表1GoF 的 23 种设计模式的分类表

范围\目的	建立型模式	结构型模式	行为型模式
类模式	工厂方法	(类）适配器	模板方法、解释器
对象模式	单例 原型 抽象工厂 建造者	代理 (对象）适配器 桥接 装饰 外观 享元 组合	策略 命令 职责链 状态 观察者 中介者 迭代器 访问者 备忘录

3. GoF的23种设计模式的功能

前面说明了 GoF 的 23 种设计模式的分类，如今对各个模式的功能进行介绍。

1. 单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。
2. 原型（Prototype）模式：将一个对象做为原型，经过对其进行复制而克隆出多个和原型相似的新实例。
3. 工厂方法（Factory Method）模式：定义一个用于建立产品的接口，由子类决定生产什么产品。
4. 抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个建立产品族的接口，其每一个子类能够生产一系列相关的产品。
5. 建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，而后根据不一样须要分别建立它们，最后构建成该复杂对象。
6. 代理（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端经过代理间接地访问该对象，从而限制、加强或修改该对象的一些特性。
7. 适配器（Adapter）模式：将一个类的接口转换成客户但愿的另一个接口，使得本来因为接口不兼容而不能一块儿工做的那些类能一块儿工做。
8. 桥接（Bridge）模式：将抽象与实现分离，使它们能够独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而下降了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。
9. 装饰（Decorator）模式：动态的给对象增长一些职责，即增长其额外的功能。
10. 外观（Facade）模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。
11. 享元（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。
12. 组合（Composite）模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具备一致的访问性。
13. 模板方法（TemplateMethod）模式：定义一个操做中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类能够不改变该算法结构的状况下重定义该算法的某些特定步骤。
14. 策略（Strategy）模式：定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使它们能够相互替换，且算法的改变不会影响使用算法的客户。
15. 命令（Command）模式：将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。
16. 职责链（Chain of Responsibility）模式：把请求从链中的一个对象传到下一个对象，直到请求被响应为止。经过这种方式去除对象之间的耦合。
17. 状态（State）模式：容许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力。
18. 观察者（Observer）模式：多个对象间存在一对多关系，当一个对象发生改变时，把这种改变通知给其余多个对象，从而影响其余对象的行为。
19. 中介者（Mediator）模式：定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系，下降系统中对象间的耦合度，使原有对象之间没必要相互了解。
20. 迭代器（Iterator）模式：提供一种方法来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。
21. 访问者（Visitor）模式：在不改变集合元素的前提下，为一个集合中的每一个元素提供多种访问方式，即每一个元素有多个访问者对象访问。
22. 备忘录（Memento）模式：在不破坏封装性的前提下，获取并保存一个对象的内部状态，以便之后恢复它。
23. 解释器（Interpreter）模式：提供如何定义语言的文法，以及对语言句子的解释方法，即解释器。

必须指出，这 23 种设计模式不是孤立存在的，不少模式之间存在必定的关联关系，在大的系统开发中经常同时使用多种设计模式。

 

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