设计模式

 

1. 什么是设计模式

设计模式(design-pattern)是软件开发人员解决某类问题的最佳实践,它经常被有经验的软件开发人员在开发过程中所采用。设计模式是由众多的软件开发人员经过长期的积累,不断试错改进,总结出来的最佳解决方案。

 

2. 使用设计模式的好处

使用设计模式是可以提高软件的可维护性和代码的可复用,使得代码更容易被他人理解,保证代码的可靠性。毫无疑问,设计模式于己、于他人、于系统都是多赢的,设计模式使代码编制真正工程化,设计模式是软件工程的基石。项目中合理地运用设计模式,可以完美快速地解决很多问题,每种模式在现实中都有相应的原理来与之对应,每种模式都描述了一个在我们周围不断重复发生的问题,以及该问题的核心解决方案,这也是设计模式能被广泛应用的原因。

 

3. 什么是 GOF

在 1994 年,由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software(中文译名:设计模式 - 可复用的面向对象软件元素) 的书,该书首次提到了软件开发中设计模式的概念。

四位作者合称 GOF(四人帮,全拼 Gang of Four)。他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则。

  • 对接口编程而不是对实现编程。
  • 优先使用对象组合而不是继承。

 

4. 设计模式的使用

设计模式在软件开发中的两个主要用途。

1)开发人员的共同平台

设计模式提供了一个标准的术语系统,且具体到特定的情景。例如,单例设计模式意味着使用单个对象,这样所有熟悉单例设计模式的开发人员都能使用单个对象,并且可以通过这种方式告诉对方,程序使用的是单例模式。

2)解决问题的最佳实践

设计模式已经经历了很长一段时间的发展,它们提供了软件开发过程中面临的一般问题的最佳解决方案。学习这些模式有助于经验不足的开发人员通过一种简单快捷的方式来学习软件设计。

 

5. 设计模式的类型

根据设计模式的参考书 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software(中文译名:设计模式 - 可复用的面向对象软件元素) 中所提到的,总共有 23 种设计模式。这些模式可以分为三大类:创建型模式(Creational Patterns)、结构型模式(Structural Patterns)、行为型模式(Behavioral Patterns)。当然,我们还会讨论另一类设计模式:J2EE 设计模式。

序号模式包括
1创建型模式
这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式,而不是使用 new 运算符直接范例化对象。这使得程序在判断针对某个给定范例需要创建哪些对象时更加灵活。
  • 工厂模式(Factory Pattern)
  • 抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)
  • 单例模式(Singleton Pattern)
  • 建造者模式(Builder Pattern)
  • 原型模式(Prototype Pattern)
2结构型模式
这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。
  • 适配器模式(Adapter Pattern)
  • 桥接模式(Bridge Pattern)
  • 过滤器模式(Filter、Criteria Pattern)
  • 组合模式(Composite Pattern)
  • 装饰器模式(Decorator Pattern)
  • 外观模式(Facade Pattern)
  • 享元模式(Flyweight Pattern)
  • 代理模式(Proxy Pattern)
3行为型模式
这些设计模式特别关注对象之间的通信。
  • 责任链模式(Chain of Responsibility Pattern)
  • 命令模式(Command Pattern)
  • 解释器模式(Interpreter Pattern)
  • 迭代器模式(Iterator Pattern)
  • 中介者模式(Mediator Pattern)
  • 备忘录模式(Memento Pattern)
  • 观察者模式(Observer Pattern)
  • 状态模式(State Pattern)
  • 空对象模式(Null Object Pattern)
  • 策略模式(Strategy Pattern)
  • 模板模式(Template Pattern)
  • 访问者模式(Visitor Pattern)

下面用一个图片来整体描述一下设计模式之间的关系:

设计模式之间的关系

 

6. 设计模式的六大原则

1、开闭原则(Open Close Principle)

开闭原则的意思是:对扩展开放,对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候,不能去修改原有的代码,实现一个热插拔的效果。简言之,是为了使程序的扩展性好,易于维护和升级。想要达到这样的效果,我们需要使用接口和抽象类,后面的具体设计中我们会提到这点。

2、里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。LSP 是继承复用的基石,只有当派生类可以替换掉基类,且软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化,而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

3、依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)

这个原则是开闭原则的基础,具体内容:针对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。

4、接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个接口要好。它还有另外一个意思是:降低类之间的耦合度。由此可见,其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想,它强调降低依赖,降低耦合。

5、迪米特法则,又称最少知道原则(Demeter Principle)

最少知道原则是指:一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用,使得系统功能模块相对独立。

6、合成复用原则(Composite Reuse Principle)

合成复用原则是指:尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。


使用设计模式编写的软件更容易修改和维护。因为它们都是经过长期发展形成的久经考验的解决方案,比新构思的解决方案更善于应对变化,而且代码结构更易于理解,更容易维护。所以,开发人员都应该学习设计模式,不仅能够编写更加健壮、更易维护的代码,而且能够提高编程效率。同时,这也是软件开发人员通往架构师的必经之路。


下一节:简单工厂模式

专门定义一个工厂类来负责创建其他类的实例,被创建的实例都具有共同的父类。简单工厂模式又叫做静态工厂模式,属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。