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[设计模式]1_设计模式概览

摘要:设计模式原则、设计模式的划分与简要概括,怎么使用重构获得设计模式并改善代码的坏味道。

本篇作概览与检索用,后续结合源码进行具体模式深入学习。

目录

1、设计模式原理

核心原则(语言无关)

本质原理图

原则关联矩阵

2、设计模式分类

1. 创建型模式

2. 结构型模式

3. 行为型模式

3、重构获得模式

重构关键技法

静态——>动态

早绑定——>晚绑定

继承——>组合

编译时依赖——>运行时依赖

紧耦合——>松耦合

生产设计的原则倾向


什么样的代码算是好的代码呢?同好的服务一样(此处强行关联 《[微服务设计]1_微服务》)——功能正确、高效、可维护性强、健壮抗压、写作流畅。也可以总的来说,低耦合高内聚的高质量可维护代码,就是好的代码。

那么,有没有一些规范可以遵循的呢?

有的,设计模式就是这样的指导规范。

1、设计模式原理

核心原则(语言无关)

众所周知,设计模式有一些原则可以遵守:

单一职责一个模块/类应仅负责一个职责降低模块间耦合,提升可维护性。

里氏替换:所有引用基类的地方必须能透明地使用子类对象。这样利于抽象与类型封装。

开放封闭:对修改封闭、对拓展开放。

迪米特减少对象间不必要的直接交互,降低耦合,提高模块独立性

接口隔离原则客户端不应依赖未使用的接口将大接口拆分为小的、高内聚的接口。

依赖倒置:高层模块不应该依赖于底层模块,转换为二者都依赖于抽象。具体来说就是针对接口编程,而不是针对具体实现,这样可以减少各部分依赖关系,这也面向对象设计的亮点。

还有优先使用对象组合而不是类继承等等……

总的来说:从通用核心原则到实现层原则再到构造策略相关的原则,均追求代码模块的低耦合高内聚,降低复杂度。

本质原理图

原则关联矩阵

原则

变化控制

认知简化

系统弹性

典型模式

单一职责(SRP)

外观模式

开放封闭(OCP)

极高

极高

策略模式、 装饰器模式

里氏替换(LSP)

组合模式、代理模式

接口隔离(ISP)

极高

适配器模式、中介模式

依赖倒置(DIP)

极高

桥接模式、依赖注入模式

组合优先

极高

享元模式,职责链模式

2、设计模式分类

Gang of Four(四人组,GOF) 在经典著作《设计模式:可复用面向对象软件的基础》中提出的23种设计模式的分类方式,按功能和用途分为三大类——创建型、结构型、行为型。

1. 创建型模式

目的:解决对象的创建问题,封装实例化逻辑,提升代码复用性和灵活性。

核心思想:将对象的创建与使用解耦,通过统一接口或模板控制对象实例化过程。

  • 工厂方法 (Factory Method): 定义一个创建对象的接口,但由子类决定要实例化的类。工厂方法将类的实例化推迟到子类。

  • 抽象工厂 (Abstract Factory): 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无需指定它们的具体类。

  • 原型 (Prototype): 通过复制现有对象来创建新对象,而不是通过创建新实例。

  • 建造者 (Builder): 用于构建一个复杂对象的表示。使用多个步骤构建该对象,可以将构建过程与其表示分离。

2. 结构型模式

目的:处理类与对象的组合,优化系统结构,提高模块间的解耦性。

关注如何将对象组合成更大的结构,处理类和对象的关系,以实现更大的功能。

核心思想:通过组合、继承或接口,调整类与对象的结构,增强系统的灵活性和扩展性。

  • 装饰器 (Decorator): 动态地给对象添加额外的职责或行为,而不影响其他对象的功能。

  • 桥接 (Bridge): 将抽象部分与其实现部分分离,使它们可以独立变化。

  • 外观 (Facade): 为一组接口提供一个统一的高层接口,使得子系统更易使用。

  • 代理 (Proxy): 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

  • 中介者 (Mediator): 用于减少对象之间的通信复杂性,避免对象之间的直接引用。

  • 适配器 (Adapter): 在不修改源代码的情况下,允许将不兼容的接口连接起来。

  • 享元 (Flyweight): 通过共享对象来支持大量细粒度的对象,减少内存消耗。

3. 行为型模式

目的:定义对象间的通信机制,管理算法或职责的动态变化。

核心思想:通过解耦对象间的直接依赖,实现行为的动态组合、算法替换或事件驱动。

  • 模板方法 (Template Method): 在一个方法中定义一个操作的整体结构,而将某些步骤的实现延迟到子类中。

  • 策略 (Strategy): 定义一系列算法,将每个算法封装起来,并使它们可以互换,从而使其独立于使用它的客户端。

  • 观察者/事件 (Observer/Event): 定义对象间的一对多依赖,确保当一个对象变化时,其依赖对象也会被通知并自动更新。

  • 命令 (Command): 将请求封装为对象,从而允许参数化客户、队列请求以及记录请求日志。

  • 访问者 (Visitor): 表示一个作用于某种对象结构中的各元素的操作,并使其可以在不改变元素类的前提下定义新的操作。

  • 备忘录 (Memento): 捕获一个对象的内部状态,以便在以后恢复对象的状态,而不暴露对象的实现细节。

  • 状态 (State): 让一个对象在其内部状态改变时改变其行为,对象将表现得像是它的类发生了改变。

  • 组合 (Composite): 将对象组合成树形结构以表示部分-整体的层次,并使客户端对单个对象和组合对象的使用保持一致。

  • 迭代器 (Iterator): 提供一种方式访问一个集合对象中的元素,而无需暴露它的内部表示。

  • 责任链 (Chain of Responsibility): 将请求的发送者和接收者解耦。将多个对象连成一条链,并沿着这条链传递请求,直到有一个对象处理它。

  • 解释器 (Interpreter): 为了一种语言定义一个文法,并提供一个解释器来使用该文法。

3、重构获得模式

需要强调的是:

设计模式是循序渐进的,如同架构设计一样,没有一步到位的设计模式,也少有单一的设计模式,要掌握应用时间、地点。

应对变化,提高复用,寻找变化点。

设计模式应在变化点处应用:设计模式是对动态变化点的设计,在变化、稳定中寻找隔离点,来分离他们,从而管理变化,以稳控变。

没有一个稳定的点,设计模式就没有意义。

设计模式有23种,慢慢理解嘛。

重构关键技法

在《重构-改善既有代码的设计》一书中,作者Martin Fowler有提到一些有效的重构手法,重构时遵守设计原则。

坏味道

重构手法

重复代码(Duplicated Code)

提炼函数、参数化、提取类。

过长函数(Long Method)

提炼函数、内联临时变量。

过大类(Large Class)

提炼类、搬移函数/字段。

数据泥团(Data Clumps)

封装为独立类。

条件逻辑复杂(Switch/If)

以多态取代条件、引入策略模式。

被拒绝的遗赠

函数下移、以委托取代子类。

冗余注释(Comments)

通过代码重构让注释多余(如提炼函数明确意图)。

技法对应原则如下:

静态——>动态

更好地适应变化与减少重复代码:动态结构可以通过配置或者接口灵活调整,可以服用逻辑,避免静态编码导致的重复。

设计模式

如策略模式(通过接口定义算法族,运行时选择具体策略)、观察者模式(事件驱动的动态通知机制)

重构手法

替换条件分支为多态(如将if-else替换为不同子类实现)。

引入参数化配置(如通过配置文件动态加载行为)。

示例如下:

// 静态:硬编码的条件判断
public void calculateTax(double income) {if (country == "USA") {// 美国税率逻辑} else if (country == "China") {// 中国税率逻辑}
}// 动态:使用策略模式
interface TaxStrategy {double calculate(double income);
}
class USATax implements TaxStrategy { ... }
class ChinaTax implements TaxStrategy { ... }public void calculateTax(TaxStrategy strategy, double income) {return strategy.calculate(income);
}

早绑定——>晚绑定

通过接口和运行时决策增强灵活性。

定义与背景

  • 早绑定:在编译时确定对象类型和方法调用(如直接调用具体类的方法)。

  • 晚绑定:在运行时动态确定对象类型和方法调用(如通过接口或多态)。

为什么需要转向晚绑定?

  • 灵活性:允许在运行时替换实现,支持扩展和插件化。

  • 解耦:调用者无需依赖具体实现类,仅依赖抽象接口。

如何实现?

  • 面向接口编程:定义接口,由子类实现不同行为。

  • 多态与虚函数:通过基类指针/引用调用虚方法。

  • 依赖注入:通过外部配置或工厂动态注入对象。

// 早绑定:直接依赖具体类
public void sendEmail(Email email) {EmailSender sender = new GmailSender();sender.send(email);
}// 晚绑定:通过接口实现多态
public interface EmailSender {void send(Email email);
}
public class GmailSender implements EmailSender { ... }
public class OutlookSender implements EmailSender { ... }public void sendEmail(Email email, EmailSender sender) {sender.send(email); // 运行时决定具体实现
}

继承——>组合

用组合替代继承,避免层级过深。

定义与背景

  • 继承:通过继承复用父类代码,子类与父类形成“is-a”关系。

  • 组合:通过组合其他对象复用功能,形成“has-a”关系。

为什么需要转向组合?

  • 减少耦合:继承导致子类与父类高度耦合,组合则通过接口或抽象类解耦。

  • 避免继承树复杂化:组合允许动态替换组件,而继承的层级过深易导致维护困难。

如何实现?

  • 组合复用:将功能封装为独立对象,通过字段或方法参数组合使用。

  • 策略模式:通过组合不同策略对象实现不同行为。

// 继承:硬编码行为
class Animal {void move() { ... }
}
class Bird extends Animal { ... }
class Fish extends Animal { ... }// 组合:通过接口解耦
interface MovementStrategy {void move();
}
class Bird {private MovementStrategy movement;public Bird(MovementStrategy movement) {this.movement = movement;}void fly() {movement.move(); // 组合不同策略}
}

编译时依赖——>运行时依赖

将依赖关系移到运行时,提高可测试性和扩展性。

定义与背景

  • 编译时依赖:依赖关系在代码中硬编码(如直接new具体类)。

  • 运行时依赖:依赖关系在运行时动态注入(如通过配置或工厂)。

为什么需要转向运行时依赖?

  • 可测试性:便于通过模拟对象(Mock)进行单元测试。

  • 灵活性:可替换依赖实现,无需修改代码。

如何实现?

  • 依赖注入(DI):通过构造函数、方法或字段注入依赖对象。

  • 工厂模式:通过工厂类动态创建对象。

// 编译时依赖:硬编码依赖
class Service {private Database database = new MySQLDatabase();void doWork() {database.query();}
}// 运行时依赖:通过构造函数注入
class Service {private Database database;public Service(Database database) {this.database = database; // 运行时注入}void doWork() {database.query();}
}

紧耦合——>松耦合

通过抽象接口和事件机制降低模块间依赖。

定义与背景

  • 紧耦合:类之间直接依赖具体实现,修改一个类可能影响多个类。

  • 松耦合:通过抽象接口或事件机制降低依赖,仅依赖抽象。

为什么需要转向松耦合?

  • 可维护性:降低修改代码的风险,模块独立。

  • 扩展性:新增功能无需修改现有代码(开闭原则)。

如何实现?

  • 接口与抽象类:定义抽象接口,类仅依赖接口。

  • 观察者模式:通过事件机制解耦对象间的直接通信。

  • 发布-订阅模式:对象通过中间事件总线通信。

// 紧耦合:直接调用具体类
class Button {void onClick() {Text text = new Text();text.update();}
}// 松耦合:通过接口解耦
interface Updatable {void update();
}
class Button {private Updatable listener;public Button(Updatable listener) {this.listener = listener;}void onClick() {listener.update();}
}

总结一下核心思想是动态化、低耦合高内聚、保证可读性与可维护性。

生产设计的原则倾向

低耦合、高内聚是软件设计的核心原则,但并非所有设计场景的最优先考虑的事情。

比如业务服务设计中,优先考虑组织架构所需求的迭代或者用户需求和业务目标,在架构设计中,优先考虑系统性能、可维护性。

需要依据具体场景灵活变动。

再次强调,无必要修改的“完美主义”重构,设计模式也不是最优先考虑的,优先完成,优先保证代码清晰。

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3.6、数字签名

目录 数字签名数字签名与验证过程 数字签名 数字签名是签名者使用自己的私钥对待签名数据的哈希值做密码运算得到的一个结果 第一签名者用自己的私钥来对我们待签数据的哈希值进行签名&#xff0c;直接对数据进行签名其实也是可以的&#xff0c;只是对数据签名&#xff0c;这…...

华为手机助手输入连接码时光标乱跳

问题复现&#xff1a;输入12345678&#xff0c;光标自动跳转导致连接码出现乱序情况。 千万别试着找出规律&#xff0c;已试动态规律非大牛误轻试 问题原因&#xff1a; 想啥呢&#xff1f;华哥的软件又不是我开发我要Know Why干啥 我只需关心解决方案 &#xff08;可能时输入…...

本地化部署Deepseek关于Ollama 安全加固方案(新手易学)

本地化部署Deepseek关于Ollama 安全加固方案&#xff08;新手易学&#xff09; 本方案针对使用ChatBox调用Ollama部署DeepSeek-R1:14b模型时的安全防护需求&#xff0c;提供四重防护措施。 &#x1f512; 一、关闭外网访问&#xff08;关键步骤&#xff09; 1. 修改监听地址 …...

C++ STL算法函数 —— 应用及其操作实现

一、STL算法函数分类概述 STL算法库提供了大量实用函数&#xff0c;按功能可分为以下五类&#xff1a; 1. 不修改序列的操作 定义&#xff1a;这些算法不会改变容器中的元素&#xff0c;仅对数据进行查询或统计。 典型函数&#xff1a; 函数功能示例find(first, last, value…...