行为型设计模式

1、什么是行为型设计模式

行为型设计模式是关于对象之间交互和协作的模式。它们关注的是对象在运行时如何相互通信，以及如何分配职责和行为。

2、行为型设计模式的分类

• 模板方法（Template Method）模式
• 策略（Strategy）模式
• 观察者（Observer）模式
• 状态（State）模式
• 职责链（Chain of Responsibility）模式
• 访问者（Visitor）模式
• 命令（Command）模式
• 解释器（Interpreter）模式
• 备忘录（Memento）模式

3、每种模式的基本原理

3.1、模板方法（Template Method）模式

模板方法模式定义了一个抽象类，其中包含一个模板方法，该方法定义了算法的框架结构，但将一些步骤的具体实现留给子类。子类可以实现这些具体步骤，以定制算法的行为。

3.2、策略（Strategy）模式

策略模式定义了一组算法，将每个算法封装成独立的策略类。这些策略类可以在运行时相互替换，使得客户端可以根据不同情况动态地选择算法，而不影响客户端的使用代码。

3.3、观察者（Observer）模式

观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，一个主题（或被观察者）维护一组观察者，当主题的状态发生变化时，所有依赖于它的观察者都会被通知并更新。这使得主题和观察者之间实现了解耦。

3.4、状态（State）模式

状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变其行为。它将对象的状态封装成不同的状态类，对象在不同状态下执行不同的行为，使得状态之间的转换更加简洁和灵活。

3.5、职责链（Chain of Responsibility）模式

职责链模式建立了一个处理请求的对象链，每个对象都有机会处理请求，或者将其传递给链中的下一个对象。这使得请求的发送者和接收者之间解耦，并允许灵活地配置链的结构。

3.6、访问者（Visitor）模式

访问者模式定义了一种将数据结构和数据操作分离的方式。访问者通过在数据结构上定义一组访问方法，使得可以在不修改数据结构的情况下添加新的操作。

3.7、命令（Command）模式

命令模式将请求封装成对象，使得可以将请求参数化，将请求排队或者记录请求日志，从而支持撤销操作。客户端通过调用命令对象来触发请求，从而解耦请求发送者和接收者。

3.8、解释器（Interpreter）模式

解释器模式定义了一种语言文法的表示，并提供了一个解释器来解释这种语言。它将一个解释器与特定的语言一一对应，从而实现对语言的解析和执行。

3.9、备忘录（Memento）模式

备忘录模式允许捕获对象的内部状态，将其保存在一个备忘录对象中，然后在需要时将状态恢复。这样可以在不暴露对象内部结构的情况下实现对象的状态管理和恢复。

每种行为型设计模式都在特定的情况下发挥作用，具有独特的优势和适用范围。通过理解每种模式的基本原理和实现方式，我们可以更好地选择和应用适合的模式来解决问题，从而构建出高效、可维护的软件系统。

4、模式的应用场景

• 策略模式适用于需要在运行时根据不同情况切换算法的场景，如支付系统、排序算法等。
• 观察者模式适用于一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，多个依赖对象都会收到通知。

5、使用策略模式实现支付系统

interface PaymentStrategy {
    void pay(double amount);
}

class CreditCardPayment implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        // 实现信用卡支付逻辑
    }
}

class PayPalPayment implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        // 实现PayPal支付逻辑
    }
}

class PaymentContext {
    private PaymentStrategy paymentStrategy;

    public void setPaymentStrategy(PaymentStrategy paymentStrategy) {
        this.paymentStrategy = paymentStrategy;
    }

    public void makePayment(double amount) {
        paymentStrategy.pay(amount);
    }
}

6、使用观察者模式实现事件监听

interface Observer {
    void update(String message);
}

class EventSource {
    private List observers = new ArrayList<>();

    public void addObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void notifyObservers(String message) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

7、模式的优缺点

1. 模板方法（Template Method）模式

优点：

• 定义了算法的骨架，提供了一个统一的框架结构，减少了代码重复。
• 允许子类在不改变算法结构的情况下重新定义具体步骤的实现。

缺点：

• 有可能导致类层次结构变得更加复杂，如果有过多的具体实现。

2. 策略（Strategy）模式

优点：

• 可以在运行时动态切换算法，增加了灵活性和可维护性。
• 将算法的实现从上下文类中解耦，增强了代码的可读性和可维护性。

缺点：

• 需要创建多个策略类，可能增加了类的数量。

3. 观察者（Observer）模式

优点：

• 实现了发布者和订阅者的解耦，使得它们可以独立变化。
• 可以支持一对多的依赖关系，方便实现事件驱动的架构。

缺点：

• 如果订阅者较多，通知所有观察者可能引发性能问题。

4. 状态（State）模式

优点：

• 将状态相关的行为封装到不同的状态类中，使得状态转换更加清晰。
• 遵循了开闭原则，添加新状态不影响现有代码。

缺点：

• 当状态较多时，可能会增加类的数量。

5. 职责链（Chain of Responsibility）模式

优点：

• 解耦了发送者和接收者，允许多个对象处理同一个请求。
• 可以动态配置链的结构，增加灵活性。

缺点：

• 请求可能无法被处理，或者会导致过多的请求被处理。

6. 访问者（Visitor）模式

优点：

• 将数据结构和数据操作分离，支持添加新的操作而不改变数据结构。
• 符合单一职责原则，每个访问者负责一个具体的操作。

缺点：

• 在添加新元素时，需要修改所有的访问者类。

7. 命令（Command）模式

优点：

• 解耦了命令发送者和接收者，支持命令的排队、撤销等操作。
• 可以实现复杂的命令组合和嵌套。

缺点：

• 可能会导致命令类的数量增加。

8. 解释器（Interpreter）模式

优点：

• 定义了语法的抽象语法树，支持将语言文法解析为具体的操作。
• 可以支持复杂的操作，如编译器、解析器等。

缺点：

• 可能会增加代码的复杂性，不适合简单的场景。

9. 备忘录（Memento）模式

优点：

• 将对象的状态封装到备忘录中，支持状态的保存和恢复。
• 解耦了状态的保存和实际对象，支持多次恢复状态。

缺点：

• 如果备忘录较大，可能会占用较多内存。

每种行为型设计模式都有其适用的场景和限制，选择合适的模式取决于问题的具体情况。通过了解模式的优点和缺点，我们可以更好地权衡使用模式所带来的收益和成本，从而做出明智的设计决策。

8、总结

• 选择适合的模式：根据不同的场景选择合适的行为型模式，避免滥用。
• 维护代码清晰：在使用模式时，保持代码的清晰和可读性，避免过于复杂的结构。

通过这篇博客，我们深入了解了行为型设计模式的概念、分类、应用场景以及实际项目中的应用。行为型模式是构建可维护、可扩展和高效的软件系统的关键工具，能够在代码中提供更好的组织和结构。希望这篇博客能帮助你更好地理解和应用行为型设计模式。