设计模式是软件工程中解决常见设计问题的可复用方案,是每一位软件设计师提升代码质量、可维护性与扩展性的必备工具箱。经典著作《设计模式:可复用面向对象软件的基础》归纳了23种核心模式,通常分为三大类:创建型、结构型和行为型。
一、创建型模式(5种)
关注对象创建的灵活性与解耦。
- 单例模式:确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。常用于配置管理、线程池等。
- 工厂方法模式:定义一个创建对象的接口,但由子类决定实例化哪个类。将实例化延迟到子类。
- 抽象工厂模式:提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口,而无需指定它们的具体类。用于产品族创建。
- 建造者模式:将一个复杂对象的构建与其表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。适用于构造复杂、步骤多的对象。
- 原型模式:通过复制现有对象(原型)来创建新对象,而非通过新建类。适用于创建成本较高的对象。
二、结构型模式(7种)
关注类和对象的组合,形成更大、更灵活的结构。
- 适配器模式:将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。使原本接口不兼容的类可以一起工作。
- 桥接模式:将抽象部分与其实现部分分离,使它们都可以独立地变化。用于多维度变化。
- 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,使得客户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
- 装饰器模式:动态地给一个对象添加一些额外的职责。提供比继承更灵活的扩展功能方式。
- 外观模式:为子系统中的一组接口提供一个一致的、简化了的界面(高层接口),降低子系统间的耦合。
- 享元模式:运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。减少内存消耗,常用于池技术。
- 代理模式:为其他对象提供一个代理或占位符以控制对这个对象的访问。常见形式有远程代理、虚拟代理、保护代理等。
三、行为型模式(11种)
关注对象间职责分配与通信。
- 责任链模式: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。将这些对象连成一条链,并沿着链传递请求。
- 命令模式:将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,支持请求的排队、记录、撤销等操作。
- 解释器模式: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,用来解释语言中的句子。适用于特定领域语言。
- 迭代器模式:提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素,而又不暴露其内部表示。
- 中介者模式:用一个中介对象来封装一系列的对象交互,使各对象不需要显式地相互引用,从而使其耦合松散。
- 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,以便以后可将该对象恢复到原先保存的状态。
- 观察者模式: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。
- 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。
- 策略模式:定义一系列算法,将它们一个个封装起来,并使它们可以相互替换,使得算法可以独立于使用它的客户而变化。
- 模板方法模式:定义一个操作中的算法骨架,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。
- 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。
与应用指南
掌握这23种模式并非要求死记硬背,关键在于理解其背后的设计原则:如开闭原则、依赖倒置、组合优于继承等。在实际软件设计与制作中,应避免为用模式而用模式,而应识别出代码中的“坏味道”(如紧耦合、难以扩展),再选择合适模式进行重构。初学者应从最常用的模式(如工厂、单例、观察者、策略、装饰器)入手,在实践中体会其精妙,逐步构建起自己的设计模式知识体系,最终达到灵活、恰当地运用模式,设计出优雅、健壮的软件架构。