编程中的23种设计模式

[giscafer]

王争《设计模式之美》专栏学习笔记

设计模式要干的事情就是解耦。创建型模式是将创建和使用代码解耦，结构型模式是将不同功能代码解耦，行为型模式是将不同的行为代码解耦。

设计模式在于设计的意图，也就是应用场景。如果单纯看设计思路或者代码实现，一些模式是比较相似的，比如策略模式和工厂模式。

借助设计模式，我们利用更好的代码结构，将一大坨代码拆分成职责更单一的小类，让其满足开闭原则，高内聚低耦合等特性，从此来控制和应对代码的复杂性，提供代码的可扩展性。

创建型模式

解决对象的创建问题

• 单例模式
• 工厂模式
• 建造者模式
• 原型模式

结构性模式

类或对象的组合或组装

• 代理模式
  • 增强原始类无关的功能
  • 常用于：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志、RPC、缓存等
• 桥接模式
  • “抽象”和“实现”独立开发，通过对象之间的组合关系，组装在一起。
  • 应用1：JDBC驱动（JDBC和Driver独立开发，组合在一起）
  • 应用2：API监控告警，通知渠道：邮件、短信、微信、自动语音电话；紧急程度：严重、紧急、普通、无关要紧；不同的紧急程度对应不同的通知渠道
• 装饰器模式
  • 增强原始类相关的方法（所以需要继承同样的父类或者实现同样的接口），能嵌套多个装饰器
  • 应用1：Java IO 流
  • 应用2：增加缓存
• 适配器模式
  • “补救策略”，提供跟原始类不同的接口。代理模式和装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口。
  • 应用：
    • 封装有缺陷的接口设计
    • 统一多个类的接口设计
    • 替换依赖的外部系统
    • 兼容老版本接口
    • 适配不同的数据格式
• 门面模式
  • 解决的是接口易用性、性能、事务问题，而适配器解决的是原接口和目标接口不适配的兼容性问题。
  • 应用：子系统（或App）需要调用多个接口的情况；用户和钱包两个领域的分布式事务问题。
• 组合模式
  • 应用：文件系统目录结构
• 享元模式
  • 目的是共享使用对象，达到复用目的（通过一个List或Map缓存已经创建好的享元对象）
  • 应用1：棋牌模式、文本编辑器
  • 应用2：Java Integer（-127~127利用享元模式提前创建好）、String 利用享元模式复用字符串常量。

行为型模式

类或对象之间的交互

• 观察者模式
  • 也称为发布订阅模式，是一对多的关系。将观察者和被观察者代码解耦。
  • 应用1：RSS Feeds，邮件订阅
  • 应用2：进程内有同步阻塞或异步非阻塞实现方式，异步非阻塞如EventBus；跨进程的观察者模式如RPC接口调用，消息队列MQ
  • 与生产者>消费者的区别：
    • 生产者和消费者是以异步实现，多对多，并且消费者存在竞争关系，一条消息只能被一个消费者消费。
    • 发布订阅则可以同步也可以异步方式实现，一对多，一条消息可以被多个订阅者消费，订阅者没有竞争关系，发布和订阅两者也在流程上存在先后关系
• 模板模式
  • 模板方法和回调应用场景是一致的，都是定义好算法骨架，并对外开放扩展点，符合开闭原则；两者的却别是代码的实现上不同，模板方法是通过继承来实现，是自己调用自己；回调是类之间的组合。
  • 应用：JdbcTemplate、RedisTemplate、RestTemplate
• 策略模式
  • 解耦策略的定义、创建、使用，控制代码复杂度，让每个部分都不至于过复杂，代码行数过多。移除 if-else 和 switch-case 分支逻辑判断（策略工厂），保证代码的可维护性，和遵循KISS原则。
  • 应用：对一个文件进行排序。文件中只有整数，并且相邻的数字通过逗号区隔。文件的大小可能：10GB（外部排序）、100GB（多线程外部排序）、 1TB（多机MapReduce）。
• 职责链模式
  • 将请求的发送和接收解耦，让多个接收对象都有机会处理这个请求。将这些接收对象串成一条链，并沿着这条链传递这个请求，直到链上的某个接收对象能够处理它为止。
  • 应用：敏感词过滤、Servlet Filter、Spring Interceptor
• 状态模式
  • 又叫有限状态机，有3个部分组成：状态、事件、动作。其中，事件也称为转移条件。事件触发转态的转移和动作的执行。动作可以不是必须的。状态机的三种实现方式：分支逻辑法、查表法、状态模式。
  • 应用：游戏、工作流引擎
• 迭代器模式
  • 数组遍历器，在编程语言中已经提供为一种类库来使用
  • 应用：1、遍历集合的同时不要增删元素；2、设计一个支持快照功能的iterator
• 访问者模式
  • 允许一个或多个操作应用到一组对象上，解耦操作和对象本身。双分派语言（Double Dispatch）不需要支持访问者模式
  • 应用：批量处理PDF、PPT、Word文件，提取内容放到 txt 文件中。定义访问者类（Extractor、Compressor），将对象和操作解耦，将业务操作抽离出来，使得符合开闭原则。
• 备忘录模式
  • 也叫快照模式，在不违背封装原则的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，一遍之后方便恢复对象为先前状态。
  • 应用：防丢失、撤销、恢复等。通过全量备份和增量备份结合的方式（低频全量备份，高频增量备份），减少存储和时间的消耗。
• 命令模式
  • 命令模式将请求（命令）封装为一个对象，这样可以使用不同的请求参数化其他对象（将不同请求依赖注入到其他对象），并且能够支持请求（命令）的排队执行、记录日志、撤销等（附加控制）功能。
  • 应用：用来控制命令的执行，比如：异步、延迟、排队执行命令、存储命令、给命令记录日志等。
• 解释器模式
  • 解释器模式为某个语言定义它的语法（或者叫文法）表示，并定义一个解释器来处理这个语法。
  • 应用：1、告警规则，如触发条件：key1 > 100 && key2 < 1000 || key3 == 200；2、计算表达式等，如 8 3 2 4 - + *
• 中介模式
  • 中介模式的设计思想跟中间层很像，通过引入中介这个中间层，将一组对象之间的交互关系（或者依赖关系）从多对多（网状关系）转换为一对多（星状关系）。原来一个对象要跟 n 个对象交互，现在只需要跟一个中介对象交互，从而最小化对象之间的交互关系，降低了代码的复杂度，提高了代码的可读性和可维护性。
  • 应用：UI交互，如注册用户页面，切换用户登录和用户注册的UI，显示不同输入框等。
  • 与观察者模式的区别：中介模式一般可以控制参与者的执行顺序，而观察者一般控制不了。

总结

熟悉23种设计模式的原理、实现、设计意图和应用场景。避免过度设计，避免设计不足。设计的初衷是提高代码质量，不要脱离具体的场景去谈设计。