设计模式的作用

• 应用程序
• 框架
• 设计模式
  • 创建模式，结构模式，行为模式
• OOD 原则
  • OCP、DIP、LSP、SRP、ISP
• OOD 的目标
  • 强内聚、低耦合的程序

设计模式的定义

什么是设计模式？

• 每一个模式都描述了一种问题的通用解决方案。这种问题在我们的环境中，不停的出现。
• 设计模式是一种可重复使用的解决方案。

一个设计模式的四个部分：

• 模式的名称-少量字组成，有助于表达设计。
• 待解问题-何时用以及运用模式的环境
• 解决方案-组成设计的元素、关系、职责以及合作。抽象，不代表具体的实现。
• 结论-该方案带来的利弊。指对系统的弹性、扩展性、和可移植性的影响。

设计模式的分类

从功能分

• 创建模式
  • 对类的实例化过程的抽象。
• 结构模式
  • 将类或者对象结合在一起形成更大的结构。
• 行为模式
  • 对在不同的对象之间划分责任和算法的抽象化。

从方式分

• 类模式
  • 以继承的方式实现模式，静态的。
• 对象模式
  • 以组合的方式实现模式，动态的。

排序问题-如何创建一个对象

简单工厂模式

优点：

• 使 Client 不再依赖 Sorter 的具体实现
• 对 Client 实现 OCP - 增加 Sorter 不影响 Client

缺点：

• 对 Factory 未实现 OCP - 增加 Sorter 需要修改 Factory

简单工厂模式-改进一

写死的类加载获取。

解决的问题：

• 增加 Sorter 实现时，不需要修改 Factory
• 但仍然要改 Client

其它问题

• 丧失了编译时的类型安全
  • Client 和 Factory 均类型不安全
• Client 仍然知道 Sorter 的实现是什么
• 限制了 Sorter 的实现智能通过默认构造函数创建

简单工厂模式-改进二

优点：

• 满足 OCP
  • 对 Client 和 Factory 均满足
  • 满足 OCP 方法
    • 抽象
    • 动态变成（将编译时类型检查转变成运行时检查）

缺点：

• 缺少编译时类型安全
• 限制了 Sorter 的实现智能通过默认构造函数创建

该机制解决了简单工厂模式最致命的问题

Singleton 单例模式

为什么要使用

Singleton 模式保证产生单一实例，即一个类只产生一个实例。

• 减少实例频繁创建和销毁带来的资源消耗；【性能需求】
• 当多个用户使用这个实例时，便于统一控制（比如打印机对象）【功能需求】

实现方法

1. 静态类
2. 加锁懒加载初始化

说明

1. 必须有私有构造函数，保证类实例通过公有方法获取。
2. 方法2要加锁关键字，避免产生多重实例。
3. 尽量使用方法1构造单实例。
4. 单例中成员变量是多线程重用的，可能会产生意想不到的结果，因此尽量将单例设计为无状态对象（只提供服务，不保存状态）。

适配器模式

适配器的作用：

• 系统需要使用现有的类，而这个类的接口与我们所需要的不同
  • 例如：我们需要对 List 进行排序，但是我们需要一个 Sortable 的接口，原有的 List 即可不能满足要求。

适配器的应用：

• JDBC Driver
  • 对具体数据库的适配器
  • 比如，将 Oracle 适配到 JDBC 中
• JDBC-ODBC Bridge
  • 是将 Windows ODBC 适配到 JDBC 接口中

JUnit 中的设计模式

实现一个单元测试的步骤

• 创建测试类，从 TestCase 派生
• 初始化：覆盖基类的方法：setUp
• 清除环境：覆盖基类方法：tearDown
• 书写测试方法：命名规则：testXyz

JUnit 单元测试是如何执行的

定义抽象类，继承 Assert，实现 Test。

模板方法模式

• 扩展功能的最基本模式之一
• 「类的行为模式」

通过继承的方式来实现扩展

• 基类负责算法的轮廓和骨架
• 子类负责算法的具体实现

组合 vs 继承

• 基于继承的模板方法比组合更容易实现
• 适当使用这种模式。

模板方法的形式

• 抽象方法
  • abstract void step1()
  • 强制子类实现该步骤
• 具体方法
  • void doSomething(){…}
  • 子类不需要覆盖，但也可以覆盖之
  • 如想明确告诉子类「不需要覆盖它」，最好标明：final
• 钩子方法
  • void setUp(){}
  • 空的实现（缺省适配器模式）
  • 子类可选择性地覆盖之，以便在特定的时机做些事。

举例

• Java Servlet 中模板方法
• JUnit 模板方法

策略模式

• 扩展功能的另一种最基本的模式
• 「对象的行为模式」

通过组合的方式来实现扩展。

使用场景

• 系统需要在多种算法中选择一种
• 重构系统时
  • 将条件语句转换成对于策略的多态性调用
• 策略模式的优点（对比模板方法）
  • 将使用策略的人与策略的具体实现分离
  • 策略对象可以自由组合
• 策略模式的问题
  • 仅封装了算法的具体实现，方便添加和替换算法。但它并不关心何时使用算法，必须由客户端来决定。

组合模式

• 对象的结构模式

举例：

• 文件系统
• AWT 控件

装饰器模式

• 对象的结构模式

作用：

• 在不改变对客户端接口的前提下（对客户端透明）
• 扩展现有对象的功能

装饰器模式也被笼统地称为「包装器」（Wrapper）

• 适配器也被称为包装器，区别在于适配器是转换成另一个接口，而装饰器是保持接口不变。
• 包装器形成一条链。

装饰器和模板、策略比较

• 装饰器保持对象的功能不变，扩展其外围的功能
• 模板和策略保持算法的框架不变，扩展其内部实现

装饰器和继承的比较

• 都可以扩展对象的功能
• 但装饰器是动态的，继承是静态的
• 装饰器可以任意组合
  • 但这也使装饰器更复杂，有可能会组合出荒谬的结果

装饰器应用：

• Java servlet: HttpServletRequest/HttpServletRequestWrapper
• 同步化装饰器：Collections.synchronizedList(list)
• Java IO 类库：
  • 流
  • InputStream、OutputStream：字节流
  • Reader、Writer：字符流

Spring 中的设计模式

依赖注入 DI 与控制反转 IOC