设计模式——你真的知道什么是设计模式吗？

传送门（参考资料）：
1. GoF设计模式——C语言中文网
2. 廖雪峰学Java——设计模式

本篇文章的建议阅读时长为：20分钟

1. 什么是设计模式？

• 设计模式 （Design Pattern） 是解决特定问题的一系列套路。它不是语法规定，而是一套用来提高代码可复用性、可维护性、可读性、稳健性以及安全性的解决方案
• 1995 年，GoF（Gang of Four，四人组/四人帮）合作出版了 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》 一书，共收录了 23 种设计模式，从此树立了软件设计模式领域的里程碑，人称「GoF设计模式」
• 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
• 需要注意的是，设计模式不是“死”的，没有说在面对一个具体任务的时候，如果套用了设计模式的思路就可以取得更好地成果（更高的开发效率），需要记住的是：

1. 对于简单的程序，可能写一个简单的算法要比引入某种设计模式更加容易
2. 对于大型项目开发或者框架设计，用设计模式来组织代码更好

• 设计模式并不是转为哪一种语言而设计的（虽然大多数时候是使用在Java应用开发中，这是由于Java的生态产生的现象，而不是原因）
• “设计模式”这个术语最初并不是出现在软件设计中，而是被用于建筑领域的设计中
• 1990 年，软件工程界才开始研讨设计模式的话题，后来召开了多次关于设计模式的研讨会
• 虽然设计模式已经经过了长足的发展，但其基石仍然是“四人帮”所提出的23种设计模式，时至今日，狭义的设计模式仍然指的是GoF的23种设计模式

2. 软件设计模式的基本要素

• 模式名称：模式名称（PatternName）通常根据面对的问题、特点、解决方案、功能和效果来命名，有助于我们理解和记忆该模式，也方便我们来讨论自己的设计
• 问题：解释了设计问题和问题存在的前因后果，以及必须满足的一系列先决条件；描述了该模式的应用环境。
• 解决方案：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作方式
• 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

3. GoF 23种设计模式总览

3.1 模式划分

• 根据该设计模式解决的问题来划分：
  • 创建型模式：描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”；GoF 中提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等 5 种创建型模式
  • 结构型模式：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
  • 行为型模式：描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务，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
• 根据该设计模式的作用范围来划分：
  根据设计模式是作用于类上还是对象上来进行划分
  • 类模式：处理类与子类之间的关系，这些关系通过继承来建立，是静态的，在编译时刻便确定下来了；GoF中的工厂方法、（类）适配器、模板方法、解释器属于该模式
  • 对象模式：处理对象之间的关系，这些关系可以通过组合或聚合来实现，在运行时刻是可以变化的，更具动态性；除了四个面向类的设计模式外，其余模式都是面向对象的设计模式
    图表引用自[1]
    

3.2 各设计模式含义及功能简介

创建型模式：

• 单例模式（Singleton）：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
• 原型模式（Prototype）：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例
• 工厂方法模式（Factory Method）：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品（可以这样理解，接口是“图纸”（定义了产品的最基本特性，例如耳机需要能够连接音频放送设备，进而输出音频）；子类是在满足接口条件下定制的“生产流水线”（能够生产出个具特色的产品，但都满足原型需求）；而由子类产生的实例则是最终的产品）
• 抽象工程模式（Abstract Factory）：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品（与工厂方法模式的最大区别在于，一个定义了类与类之间的关系，而另一个则定义了对象与对象之间的关系）
• 建造者模式（Builder）：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象

结构型模式：

• 代理模式（Proxy）：某对象提供代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象，从而限制、增强或修改该对象的一些特性
• 适配器模式（Adapter）：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作
• 桥接模式（Bridge）：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度
• 装饰模式（Decorator）：动态的给对象增加一些职责，即增加其额外的功能（这个或许是我们日常能够有意识地发现的最常见的设计模式）
• 外观模式（Facade）：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（可以将多个复杂的子系统想象为一个一个的门店，而外观一致则表示为他们被统一在一个更大的市场中）
• 享元模式（Flyweight）：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用
• 组合模式（Composite）：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有一致的访问性（在获取到其中一个对象之后，即获得了对整个系统或部分系统的使用权限）

行为型模式：

• 模板方法模式（Template Method）：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤（这个在我们日常的开发中无意识地使用地最多的设计模式之一，例如抽象类的定义，接口的定义等）
• 策略模式（Strategy）：定义了一系列算法，并将算法封装起来，使它们可以相互替换，不改变客户端的调用行为
• 命令模式（Command）：将请求封装为对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开
• 职责链模式（Chain of Responsibility）：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。通过这种方式去除对象之间的耦合（可以尝试思考web开发中从前端发送到后端业务处理模块的实现方法是不是这样的）
• 状态模式（State）：允许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力
• 观察者模式（Observer）：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他多个对象，从而影响其他对象的行为（思考一下“消息分发中间件”，例如Zookeeper，的设计思维）
• 中介者模式（Mediato）：定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系，降低系统中对象间的耦合度，使原有对象之间不必相互了解（思考一下“消息订阅模型”的设计思路）
• 迭代器模式（Iterator）：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（迭代器的使用）
• 访问者模式（Visitor）：在不改变集合元素的前提下，为一个集合中的每个元素提供多种访问方式，即每个元素有多个访问者对象访问
• 备忘录模式（Momento）：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，以便以后恢复它
• 解释器模式（Interpreter）：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