23种设计模式
2025-04-13 23:34:36 0 举报AI智能生成
设计模式是一套被反复使用、多数人知晓、经过分类编目、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。核心内容通常涉及创建型、结构型和行为型三类设计模式。 文件类型描述通常涉及源代码文件、脚本文件、配置文件等。设计模式与文件类型的关联性在于其在不同文件类型中的应用，如创建型模式多用于源代码文件中，以封装对象创建逻辑。 修饰语如“灵活、可扩展、易维护”等，常用来强调设计模式带来的积极影响。 例如，可用以下格式描述装饰者模式：“装饰者模式是一种结构型设计模式，允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。它提供了一种比继承更有弹性的替代方案。它在提高文件类型如类库、接口中对象功能时尤为有用。代码实现保持了灵活性、可扩展性，是‘敏捷开发’的典型应用实例。”
作者其他创作
大纲/内容
创建型模式
单例模式
<b>特点</b>
创建某个类的实例，该类的实例在系统中只有这一份
8种实现方式（枚举、内部静态类、DCL双重检测锁等）
<b>案例</b>
java.lang.Runtime（饿汉式）
<b>应用场景</b>
需要全局唯一控制的资源（如配置管理器、线程池、缓存）
避免重复创建开销大的对象（如数据库连接池）
简单工厂模式
<b>特点</b>
由工厂创建出产品类，客户端不用创建产品，直接从工厂获取
实现客户端和产品创建的解耦，产品的创建细节只在工厂里进行
<b>案例</b>
计算器工厂根据运算符创建运算对象
日志工厂根据日志类型创建日志处理器
<b>应用场景</b>
对象创建逻辑简单且变化较少的场景
客户端希望屏蔽对象创建细节，直接使用产品的场景
抽象工厂模式
<b>特点</b>
将工厂抽象成两层，AbsFactory（抽象工厂）和具体实现的工厂子类（工厂簇）
根据创建对象类型使用对应的工厂子类
<b>案例</b>
跨平台UI组件工厂（如Windows和Mac的按钮、文本框等组件族）
不同数据库（MySQL、Oracle）的连接工厂及相关对象
<b>应用场景</b>
系统需要多个产品族，且产品族内部对象之间有依赖关系
产品族扩展时，只需新增具体工厂，不修改现有代码
原型模式
<b>特点</b>
该类的对象在系统中存在多份，通过复制现有对象创建新实例
实现方式
浅拷贝（默认，基本数据类型值传递，引用数据类型引用传递）
深拷贝（重写clone()方法或通过对象序列化与反序列化）
<b>案例</b>
简历模板复制生成个性化简历
游戏角色通过复制基础对象快速创建相似角色
<b>应用场景</b>
对象创建成本高（如初始化数据量大）的场景
需要保存对象状态快照（如深拷贝用于备份）
建造者模式
<b>特点</b>
一步一步创建一个复杂的对象
四个角色产品角色（Product）、抽象建造者（Builder）、具体建造者（ConcreteBuilder）、指挥者/经理（Director）
<b>案例</b>
建房子（过程打桩、砌墙、封顶；产品普通房、高楼、别墅；具体建造者各种房子的施工队；指挥者经理/包工头）
<b>应用场景</b>
对象构建步骤固定但参数多变（如配置类、复杂对象初始化）
需要链式调用或分步配置的场景（如SQL语句构建器）
结构型模式
适配器模式
<b>特点</b>
兼容性，让原本因接口不匹配不能一起工作的两个类可以协同工作
客户端可以通过适配器有选择地使用目标接口的方法（接口适配器）
分类
类适配器（继承适配器继承了目标对象类）
对象适配器（聚合适配器中聚合了目标对象）
接口适配器（实现目标对象是接口，适配器定义为抽象类实现该接口）
<b>案例</b>
WindowAdapter（窗口适配器类，简化窗口监听事件实现）
<b>应用场景</b>
复用旧类库或第三方接口，使其符合当前系统的接口需求
简化接口调用，仅暴露客户端需要的方法（如接口适配器过滤无关方法）
桥接模式
<b>特点</b>
把抽象（Abstraction）与行为实现（Implementation）分离开，保持各部分的独立性以及功能扩展
通过聚合关系关联抽象和实现，而非继承
<b>案例</b>
不同品牌、不同类型的手机实现同样的功能（品牌以聚合的形式加入手机中）
<b>应用场景</b>
抽象和实现均可能独立变化（如多维度扩展）
避免多层继承导致的类爆炸（如“品牌×类型”组合）
装饰者模式
<b>特点</b>
动态的将新功能附加到对象上，不修改原对象
支持多层嵌套装饰（如打包快递，一层一层地给物品添加外层包装）
<b>案例</b>
星巴克咖啡添加奶泡、糖浆等配料
<b>应用场景</b>
需要灵活扩展对象功能，且功能可动态组合（如日志、缓存、安全校验等附加功能）
避免通过继承扩展导致子类膨胀（每个功能组合都创建子类）
组合模式
<b>特点</b>
依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次
用户对单个对象和组合对象的访问具有一致性
<b>案例</b>
学校、院、系的树形组织结构
<b>应用场景</b>
数据结构为树形层次（如菜单、组织架构、文件系统）
需要统一处理单个对象和组合对象的操作（如计算总大小、遍历元素）
外观模式
<b>特点</b>
屏蔽内部子系统的细节，简化用户操作
定义一个一致的接口，聚合各个子系统，调用端只需关心这个接口的调用
<b>案例</b>
家庭影院，一个遥控器控制各个电器
对接旧项目时提供统一API，隐藏底层复杂调用
<b>应用场景</b>
子系统逻辑复杂，客户端需要简单入口（如第三方库封装、微服务网关）
简化跨模块调用，减少客户端与子系统的耦合
享元模式
<b>特点</b>
运用共享技术，有效地支持大量细粒度的对象
池化技术（String常量池、数据库连接池、线程池等），解决重复对象的内存浪费问题
<b>案例</b>
String常量池（相同字符串字面量共享同一对象）
<b>应用场景</b>
大量细粒度对象（如文本字符、图表元素）存在重复实例
需要优化内存使用，共享内部状态（不变部分），外部状态动态传入
代理模式
<b>特点</b>
封装目标对象，并添加额外的功能，对客户端提供更多更优的服务
分类静态代理、动态代理
<b>案例</b>
远程代理处理网络通信细节，客户端通过代理访问远程对象
虚拟代理延迟加载图片，先显示占位符再替换真实图片
<b>应用场景</b>
需要控制对象访问（如权限校验、延迟加载、日志记录）
目标对象不可直接访问（如远程对象、创建成本高的对象）
行为型模式
模板方法模式
<b>特点</b>
定义了操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构，就可以重定义该算法的某些特定步骤
一般模板方法都加上final关键字，防止子类重写模板方法
<b>案例</b>
制作豆浆（流程选材→添加配料→浸泡→放到豆浆机打碎，子类实现“添加配料”步骤）
<b>应用场景</b>
算法步骤固定，但部分步骤需子类个性化实现（如文件解析流程、流程审批模板）
提取公共逻辑到父类，避免子类重复代码
命令模式
<b>特点</b>
消除了请求发送者与请求接收者之间的耦合，对象之间的调用关系更加灵活
命令以对象的形式存在，起到了纽带桥梁的作用
空命令省去判空操作
<b>案例</b>
遥控器按钮对应命令对象，控制电器（接收者）操作
<b>应用场景</b>
需要解耦请求发送者和接收者（如遥控器控制不同设备）
支持命令的撤销、重做、队列执行（如文本编辑器撤销功能）
访问者模式
<b>特点</b>
封装一些施加于某种数据结构元素之上的操作
适用于数据结构相对稳定的系统，解耦数据结构和作用于结构上的操作
<b>案例</b>
购物车计算总价、统计折扣（操作作用于商品集合）
组装电脑时对不同组件（CPU、显卡）执行不同操作
<b>应用场景</b>
数据结构稳定（如XML树、数据库表），需频繁新增操作（统计、转换、验证）
需要对不同元素类型（如文件、目录）执行不同操作
迭代器模式
<b>特点</b>
提供一种遍历集合元素的统一接口，隐藏集合内部数据结构（如数组、链表）
<b>案例</b>
Java集合框架中的Iterator接口统一遍历List、Set等集合
<b>应用场景</b>
集合类需要支持多种遍历方式（正向、反向、过滤遍历）
客户端无需关心集合内部实现，统一使用迭代器接口
观察者模式
<b>特点</b>
对象之间多对一依赖，被依赖的对象为Subject，依赖的对象为Observer，Subject通知Observer变化
<b>案例</b>
气象站发布气象数据，通知所有订阅的客户端（如手机App、网页）
<b>应用场景</b>
事件驱动场景（如消息订阅、状态监控、通知推送）
需要一对多广播，观察者可动态添加/删除（如股票行情通知）
中介者模式
<b>特点</b>
封装一系列的对象交互，使各个对象不需要显式地相互引用，从而使其解耦
<b>案例</b>
聊天室中用户通过服务器（中介者）转发消息，不直接通信
<b>应用场景</b>
对象间交互复杂（网状依赖），通过中介者简化为星型结构
系统需要解耦，避免修改一个对象影响多个其他对象（如GUI组件间的交互）
备忘录模式
<b>特点</b>
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，支持状态恢复
<b>案例</b>
游戏角色生命值的保存及恢复（存档与读档）
<b>应用场景</b>
需要支持撤销、回滚操作（如编辑器、事务管理）
保存对象历史状态快照，且不希望外部直接访问对象内部数据
解释器模式
<b>特点</b>
给定一个语言（表达式），定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，使用该解释器来解释语言中的句子（表达式）
<b>案例</b>
编译器、运算表达式计算、正则表达式解析
<b>应用场景</b>
特定领域语言（DSL）解析（如SQL、数学公式、机器人指令）
需要灵活定义文法规则或频繁修改解析逻辑的场景
状态模式
<b>特点</b>
解决对象在多种状态转换时，需要对外输出不同的行为的问题，状态和行为一一对应，状态之间可以相互转换
<b>案例</b>
抽奖活动根据用户积分状态（未达标、达标、已抽奖）显示不同的抽奖按钮逻辑
<b>应用场景</b>
对象状态较多且状态变化影响行为（如订单状态待支付、已支付、已发货）
避免大量条件判断，将状态逻辑封装为独立状态类
策略模式
<b>特点</b>
定义算法族（策略组），分别封装起来，可以互相替换，算法的变化独立于使用算法的客户
方便扩展、方便维护
<b>案例</b>
员工年假年终奖根据不同职位（普通员工、经理、高管）采用不同的计算策略
<b>应用场景</b>
算法需灵活切换或扩展（如排序、加密、优惠计算）
避免大量条件判断，将每种算法封装为独立策略类
职责链模式
<b>特点</b>
为请求创建了一个接收者对象的链，请求的发送者和接收者解耦
通常每个接收者都包含对另一个接收者的引用，最后一个接收者中包含第一个接收者形成环路
<b>案例</b>
采购审批流程（员工提交申请，依次由组长、经理、总监审批）
<b>应用场景</b>
请求处理有多个环节，且环节顺序或组合可动态调整（如审批流程、日志处理）
需要解耦请求发送者与具体接收者，支持链式处理（如异常处理链）
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