软件设计模式

简述23种软件设计模式

简述23种软件设计模式

⼀、设计模式分类

总体来说设计模式分为三⼤类：

五种创建型模式：⼯⼚⽅法模式、抽象⼯⼚模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

七种结构型模式：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。

⼗⼀种⾏为型模式：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。

⼆、设计模式概述

创建型模式

1.⼯⼚⽅法模式

⼯⼚⽅法模式的创建是因为简单⼯⼚模式有⼀个问题，在简单⼯⼚模式中类的创建依赖⼯⼚类，如果想要拓展程序，必须对⼯⼚类进⾏修

改，这违背了开闭原则，所以就出现了⼯⼚⽅法模式，只需要创建⼀个⼯⼚接⼝和多个⼯⼚实现类，⼦类可以⾃⼰决定实例化哪⼀个⼯⼚

类，client类针对抽象接⼝进⾏编程，如果需要增加新的功能，继承⼯⼚接⼝，直接增加新的⼯⼚类就可以了，创建过程延迟到⼦类中进

⾏，不需要修改之前的代码，满⾜了开闭原则，达到灵活地⽣产多种对象。

2.抽象⼯⼚模式

抽象⼯⼚模式是提供⼀个创建⼀系列相关或相互依赖对象的接⼝，⽽⽆需指定它们具体的类。区别于⼯⼚⽅法模式的地⽅，⼯⼚⽅法模式是

创建⼀个⼯⼚，可以实现多种对象；⽽抽象⼯⼚模式是提供⼀个抽象⼯⼚接⼝，⾥⾯定义多种⼯⼚，每个⼯⼚可以⽣产多种对象。前者的重

点在于"怎么⽣产"，后者的重点在于"⽣产哪些"；前者是⼀个抽象产品类，可以派⽣出多个具体产品类，后者是多个抽象产品类，每个抽象

产品类可以派⽣出多个具体产品类；前者的每个具体⼯⼚类只能创建⼀个具体产品类的实例，后者的每个具体⼯⼚类可以创建多个具体产品

类的实例。

3.单例模式

单例模式能保证⼀个类仅有⼀个实例，并提供⼀个访问它的全局访问点，同时在类内部创造单⼀对象，通过设置权限，使类外部⽆法再创造

对象。单例对象能保证在⼀个JVM中，该对象只有⼀个实例存在，这样做的好处就在于如果某些类创建⽐较频繁，特别是对于⼀些⼤型的对

设计模式的优缺点

设计模式是一种被广泛应用于软件设计领域的解决问题的思维方式，它包括了一系列的解决方案，帮助开发人员快速地解决一些常见的软件设计问题。然而，在使用设计模式时，我们也需要认清它的优点和缺点。

优点

1. 可维护性提高

设计模式将软件拆分成多个独立的组件，这些组件之间具有低耦合性和高内聚性，这使得维护变得更加容易。在软件需求发生变化时，只需要修改一个组件而不影响其他组件，同时也使得代码重用变得更加容易，大大提高了软件的可维护性。

2. 可扩展性提高

当软件需求发生变化，我们可以很方便地往软件中加入新的组件，修改现有的组件，使得软件的功能得到扩展。设计模式将组件之间的关系更加清晰，使得扩展变得更加容易。

3. 代码重用性提高

设计模式将模块划分为不同的组件，每个组件都有自己的职责和功能，这使得组件可以在不同的软件中进行复用，避免了代码重复的情况出现，提高了软件的编写效率。

4. 提高代码可读性

设计模式的使用有助于提高代码的可读性。由于每个组件职责单一而明确，所以代码的逻辑结构变得更加清晰，使得代码更加易于维护和理解。

5. 软件质量提高

通过设计模式，软件稳定性更高、可靠性更强，避免了出现一些常见的错误，同时，设计模式的使用也使得软件的架构更加合理，功能更加完善，从而提高了软件的质量。

缺点

1. 学习和使用门槛较高

设计模式是一种高级的软件设计思维方式，学习和使用门槛较高，需要有一定的编程经验和对软件设计的理解。同时，在实际使用中，需要将其应用到实际场景中，设计合理的组件结构，这也需要一定的技术经验和实践经验。

2. 可能会影响软件性能

设计模式在增加软件的灵活性和可扩展性的同时，可能也会增加代码的复杂性，导致软件性能的下降。因此，在使用设计模式时，需要在可维护性和性能之间做出平衡，根据实际情况选择合适的方案。

3. 可能会导致过度工程化

由于设计模式有助于提高软件可维护性、可扩展性和代码可读性，因此在使用过度的情况下，可能会导致代码变得过于复杂和冗长，增加开发人员的工作量，同时也可能会对软件的开发周期和成本造成影响。

软件架构设计模式

随着面向对象技术的发展和广泛应用，设计模式不再是一个新兴的名词，它已逐步成为系统架构人员、设计人员、分析人员以及程序开发人员所需掌握的基本技能之一。设计模式已广泛应用于面向对象的设计和开发，成为面向对象领域的一个重要组成部分。设计模式通常可分为三类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。

1.创建型模式概述

创建型模式(Creational Pattern)对类的实例化过程及对象的创建过程进行了抽象，能够使软件模块做到与对象的创建和组织无关。创建型模式隐藏了对象的创建细节，通过隐藏对象如何被创建和组合在一起达到使整个系统独立的目的。在掌握创建型模式时，需要回答以下三个问题：创建什么(What)、由谁创建(Who)和何时创建(When)。创建型模式主要包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式、单例模式。以下介绍其中使用频率较高的几种模式，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式。

1.1 简单工厂模式

简单工厂模式(Simple Fatory Pattern)，又称静态工厂方法模式(Static

Factoty Method Pattern)，属于类创建型模式。在简单工厂模式中，定义一个类，可以根据参数的不同返回不同的类的实例，这些类具有公共的父类和一些公共的方法。简单工厂模式不属于GoF设计模式，它是最简单的工厂模式。简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例，这个类称为工厂类，被创建的实例通常都具有共同的父类。

在简单工厂模式中，工厂类包含必要的判断逻辑，决定在什么时候创建哪一个产品类实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品，简单工厂模式通过这种方式实现了对责任的划分。但是由于工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响；同时系统扩展较为困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，违反了开闭原则，并造成工厂逻辑过于复杂。正因为简单工厂模式存在种种问题，一般只将它作为学习其他工厂模式的入门，当然在一些并不复杂的环境下也可以直接使用简单工厂模式。

1.创建型模式的根本意图是把对象的创建和使用分离的责任进行分离，从而降低系统的耦合度

2.软件系统结构是软件设计过程中的一个层次，这一层次超越计算过程中的算法设计和数据结构设计

3.所有设计原则的目标都是为了使软件：降低耦合，增强灵活性。

4.AbstractFactory经常用工厂方法模式解决

5.设计模式中应该优先使用的复用技术是对象组合。

6.设计时应将可变部分封装起来。

7.抽象工厂模式和工厂方法模式之间的联系：

工厂方法模式：一个抽象产品类，可以派生出多个具体产品类。

一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。

每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。

抽象工厂模式：多个抽象产品类，每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。

一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。

每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例。

区别：工厂方法模式只有一个抽象产品类，而抽象工厂模式有多个。

工厂方法模式的具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例，而抽象工厂模式可以创建多个。

8.使用继承处理对象间的关系的模式：工厂方法、适配器、模板方法、解释器模式

9.迭代器设计模式根据谁控制迭代可以分为 外部迭代器和内部迭代器

10.创建型设计模式抽象了实例化过程，一个类创建型模式使用继承改变被实例化的类，而一个对象创建型模式将实例化委托给另一个对象。

11.可复用的面向对象设计的两大原则：针对接口编程、优先使用对象复合

12.使用单件模式所需要注意：1.多线程问题 2.资源释放问题

13.设计模式一般用来解决同一问题不同表象的问题

14.在涉及模式中，效果是指原因和结果。

15.设计模式的两大主题是系统复用和系统扩展

16.适配器模式最常见的用法是保持多态，适配器模式让我们在设计时不需要担心接口问题

17.静态工厂的核心角色是抽象产品。

18.Abstract Factory类和具体工厂方法可以分离，每个具体工厂负责一个抽象工厂方法的实现