设计模式介绍（一）

设计模式起源于建筑工程设计大师Christopher Alexander的关于城市规划和建筑设计的著作，但其观点适用于所有工程设计领域。设计模式在软件行业中的应用可以追溯到1987年；而1990-1992年间，GoF四人进行了搜集模式的工作；1995年GoF著作《设计模式：可复用面向对象软件的基础》出版，把设计模式提升到理论高度，引起了设计模式研究热潮，直至今天，新的设计模式仍然不断出现。设计模式是一套被反复使用、多数人知晓、经过分类的优秀代码设计经验的总结。设计模式提高了代码的重用性，使代码编制真正工程化，是软件工程的基石。

设计模式要素

描述设计模式需要一定的格式，常见的格式有Alexander格式、GoF格式，一般而言设计模式应当包含以下要素：

• 模式名称：简短而准确，便于交流
• 问题：描述何时使用模式，解释问题的前因后果
• 环境或初始环境：说明模式使用范围，亦即模式应用的前提条件
• 解决方案：描述设计的组成，提供设计的抽象描述
• 效果：描述利弊，是衡量模式是否可用的重要因素
• 举例：使用示意性的应用来说明特定真实环境
• 末态环境：是模式应用到系统之后的状态。
• 推理：解释模式的步骤和规则，以及如何从整体上解决问题的，给出在系统表层以下的深层结构和关键机制
• 其他有关模式：相关的模式，如前任模式、继任模式、替换模式、依赖模式等。
• 已知应用：在已有系统中应用的模式例子。

常用的设计模式可以概括为23种，按照特点可以分为三大类型：创建型、结构型、行为型。

创建型

创建型模式是用来创建对象的模式，抽象了实例化的过程，帮助一个系统独立于其关联对象的创建、组合和表示方式。主要有两个功能：

1）将系统所使用的具体类的信息封装起来

2）隐藏类的实例是如何被创建和组织的。外界对于这些对象只知道它们共同的接口，而不清楚其具体的实现细节。

因此，创建型模式对于何时（when）、由谁（who）、创建什么（what），为软件设计者提供了尽可能大的灵活性。封装创建逻辑，封装创建逻辑变化。

常见的的创建型设计模式主要有：

• 单例模式（Singleton Pattern）：一个类只有一个实例，且自行实例化并向整个系统提供这个实例。
• 工厂方法模式（Factory Pattern）：在工厂方法模式中，工厂类成为了抽象类，实际的创建工作将由具体子类来完成。工厂方法的用意是定义一个创建产品对象的工厂接口，将实际创建工作推迟到子类中，强调的是“单个对象”的变化。
• 抽象工厂模式（Abstract Factory）：抽象工厂是所有工厂模式中最为抽象和最具有一般性的一种形态。抽象工厂可以向客户提供一个接口，使得客户可以在没有指定产品的具体类型的情况下，创建多个产品族中的产品对象，强调的是“系列对象”的变化。 
• 建造者模式（Builder Pattern）：把构造对象实例的逻辑移到了类的外部，在类的外部定义了该类的构造逻辑。它把一个复杂对象的构造过程从对象的表示中分离出来，其直接效果是将一个复杂的对象简化为一个比较简单的目标对象，强调的是产品的构造过程。
• 原型模式（Prototype Pattern）：原型模式和工厂模式一样，同样对客户隐藏了对象创建工作的具体细节，但与通过对一个类进行实例化来创造新对象不同的是，原型模式通过复制一个现有对象生成新对象。

结构型

结构型模型讨论的是类和对象的结构，它采用继承机制来组合接口或实现（类结构型模式），或者通过组合一些对象实现新的功能（对象结构模式）。这些结构型模式在某些方面具有很大的相似性，但侧重点各有不同。常见的结构型模式有：

• 代理模式（Proxy）：为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问。
• 装饰模式（Decorator）：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，装饰模式比生成子类更为灵活。
• 适配器模式（Adapter）：将一个类的接口变换成客户端所期待的接口，从而使原本因接口不匹配而无法在一起工作的两个类能够在一起工作。
• 组合模式（Composite）：又叫合成模式。将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
• 桥梁模式（Bridge）：又叫桥接模式。将抽象和实现解耦，使得两者可以独立地变化。
• 外观模式（Facade）：又叫门面模式。要求一个子系统的外部与其内部的通信必须通过一个统一的对象进行，外观模式提供了一个高层次的接口，使得子系统更易于使用。
• 享元模式（Flyweight）：是池技术的重要实现方式，使用共享对象可有效地支持大量的细粒度的对象。

行为型

行为型设计模式关注的是对象的行为，用来解决对象之间的联系问题。常见的行为型模式有：

• 模板方法模式（Template Method）：定义一个操作中的算法框架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以在不改变算法结构的情况下重新定义该算法的某些特定步骤。
• 命令模式（Command）：是一种高内聚的模式，将一个请求封装成一个对象，从而使用不同的请求把客户端参数化。对请求排队或者记录请求日志，可以提供命令的撤销和恢复功能。（url request）
• 责任链模式（Chain of Responsibility）：使多个对象都有机会处理请求，从而避免了请求的发送者和接受者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有对象处理它为止。
• 策略模式（Strategy）：又叫政策模式，定义一组算法，将每个算法都封装起来，并且使它们之间可以互换。
• 迭代器模式（Iterator）：提供一种方法访问一个容器对象中各个元素，而又不需要暴露该对象的内部细节。
• 中介者模式（Mediator）：用一个中介对象封装一系列对象交互，中介者使各对象不需要显示相互作用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。
• 观察者模式（Observer）：又叫发布订阅模式。定义对象间的一对多的依赖关系，使得每当一个对象改变状态，则所有依赖于它的对象都会得到通知并被自动更新。
• 备忘录模式（Memento）：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。
• 访问者模式（Visitor）：封装一些作用于某种数据结构中的各元素的操作，它可以在不改变数据结构的前提下定义作用于这些元素的新的操作。
• 状态模式（State）：当一个对象内在状态改变时允许其改变行为，这个对象看起来像改变了其类型，状态模型的核心是封装，状态的变更会引起行为的变更。
• 解释器模式（Interpreter）：给定一门语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，该解释器使用该文法表示来解释语言中的句子。

参考

1.《Java设计模式》

2.慕课网