设计模式(Design pattern)是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。 使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。只有精通了设计模式,才敢说真正理解了软件工程。可以说,设计模式是每一个架构师所必备的技能之一

本文重点在解释什么是设计模式?什么场景下可以用这种设计模式?尝试以实际的问题来驱动学习,使得我们对设计模式的理解更为深刻而具体。

让我们一起来学习设计模式吧!项目地址:https://github.com/white0dew/Learning-Design-pattern/tree/master

虽然本文代码是基于Java(不管是何种语言,甚至是非OO语言,都能从设计模式中窥探一丝代码架构的奥秘),主要学习资料及图片来源于《大话设计模式》这本书,强烈建议大家阅读原书。

前前言言

关于面向对象特性,在《大话设计模式》中有一段极其生动的讲解,面向对象的使用就像活字印刷术一样便捷、高效,见下图:

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第一,要改,只需更改要改之字,此为可维护;第二,这些字并非用完这次就无用,完全可以在后来的印刷中重复使用,此乃可复用;第三,此诗若要加字,只需另刻字加入即可,这是可扩展;第四,字的排列其实可能是竖排可能是横排,此时只需将活字移动就可做到满足排列需求,此是灵活性好

可维护、可复用、可扩展、灵活性好,就是面向对象设计所力求达到的境界。

面向对象的设计原则

设计原则是编程设计过程中需要时刻考虑的,近乎于道,这些设计原则的组合、碰撞,就产生了许多精彩绝伦、可用性极强的设计模式,是可以用的术。之所以称为模式,是因为在日常的编程开发中,我们都可以学习、借鉴它们。
想要精通设计模式,必须要先搞清楚面向对象的的几大设计原则。

开放封闭原则——找出应用中可能需要变化之处,把它们独立出来,不要和那些不需要变化的代码混在一起!类应该对扩展开放,对修改关闭。
什么是“变化”?——如果每次需求一来,某个部分就必须改变,那么就是不稳定变化的代码。

依赖倒置原则——针对接口编程,而不是针对实现编程。——也可以说要依赖抽象,不要依赖具体类,简称依赖倒置原则。
针对接口编程,其实是“面向超类型(抽象类、接口)”编程。这个原则让编程的细节被隐藏,不会因为修改具体实现而经常改动程序结构。

接口隔离原则——为降低依赖,系统的低耦合而努力。
设计模式的出现归根结底是为了让大型软件的升级和维护方便。

最少知道原则/墨特尔原则——一个类对自己依赖的类知道的越少越好,一个对象应该对其他对象有最少了解。
一旦某个类应该只与它必须知道的类去交互,而不应该知道其他的类,编程的总原则就是高聚合,低耦合。

单一职责原则——对于一个类,应该只有一个引起其变化的原因。
因为如果一个类承担的职责过多,就等于把这些职责耦合在一起,一个职责的变化可能会削弱或者抑制这个类完成其他职责的能力。这种耦合会导致脆弱的设计,当变化发生时,设计会遭受到意想不到的破坏,并且也不利于代码的移植(不同平台的代码依赖不同,一旦某些类由于职责过多造成依赖关系混乱不堪,很难进行代码重构)
至于如何确定某个类是否是单一职责,可以反过来想:那就是如果你能够想到多于一个的动机去改变一个类,那么这个类就具有多于一个的职责[ASD],就应该考虑类的职责分离,即将其拆分为更小的类。

里氏代换原则——子类型必须能够替换它们的父类型。
换句话说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。里氏代换原则其实是对开-闭原则的补充,只有当衍生类可以替换掉基类,软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。

组合选择原则——多用组合,少用继承。
虽然继承接口可以让不同子类中实现方式不同,但是接口不具有复用性(每一个接口的实现代码都得重写),而组合却可以为后续的程序设计提供便利。

UML类图

为了在之后的学习中更好地理解设计模式,我们需要先学习一下如何绘制、阅读UML类图。绘制UML类图,可以使用Visio或者Drawio。以下面这幅图为例,捋清常见的关系,多看并记忆即可:
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类名称若为斜体,表示该类为抽象类,即无法创建实例;

类中字段(成员变量)和方法+ 表示public;-表示private;#表示protected

继承关系,用空心三角加实线

接口关系即实现接口,用空心三角加虚线

关联关系即是某个类是另一个类的成员属性,(如上图企鹅和气候,企鹅需要了解气候)用实线箭头,

聚合关系(大雁和雁群,是一种弱拥有关系)是一种has-a的弱关联关系,用空心菱形和实线箭头

合成(组合)关系(鸟和翅膀是强拥有,即整体和局部的关系)是一种contain-a的强关联关系,用实心菱形和实线箭头,两端的底下的数字,表示几对几的关系;

依赖关系(某个类需要基于某个类而存在)表示某个类必须基于一个类存在,一般是在一些成员函数或者构造函数构造时需要,用虚线箭头

接下来对设计模式的介绍,我会从:定义、场景、解决的方式方便大家的理解。

设计模式集锦

常见的设计模式一共有24种,细分为创建型模式(6种)、结构型模式(7)、行为型模式(11)。每种模式具体的内容可以点击链接进行学习。
创建型模式,共六种:

  • 简单工厂模式
  • 工厂模式
  • 抽象工厂模式
  • 单例模式
  • 建造者模式
  • 原型模式

结构型模式,共七种:

  • 适配器模式
  • 装饰器模式
  • 代理模式
  • 外观模式
  • 桥接模式
  • 组合模式
  • 享元模式

行为型模式,共十一种:

  • 策略模式
  • 模板方法模式
  • 观察者模式
  • 迭代子模式
  • 责任链模式
  • 命令模式
  • 备忘录模式
  • 状态模式
  • 访问者模式
  • 中介者模式
  • 解释器模式

    注:设计模式有的说是23种,是因为没有把简单工厂模式单独提出来。

参考资料

《大话设计模式》
设计模式分类