设计模式(0)—— 概述

长平狐 发布于 2013/01/06 11:17
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设计模式(Design Pattern),是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、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。 设计模式于己、于他人、于系统都是多赢的,设计模式使代码编制真正工程化。设计模式是软件工程的基石,如同大厦的一块块砖石一样使代码编制真正工程化

只有精通了设计模式,才敢说真正理解了软件工程。可以说,设计模式是每一个架构师所必备的技能之一。作为一个面向对象设计程序员,只有精通了设计模式,才能摆脱码奴的命运,成为一个真正的软件工程师,才能完成自身价值的飞跃和设计思想的升华!



1、设计模式和框架

可复用面向对象软件系统现在一般划分为两大类:应用程序工具箱和框架(Framework),我们平时开发的具体软件都是应用程序,Java的API属于工具箱;而框架是构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类,EJB(Enterprise Java Beans)是Java应用于企业计算的框架。

框架通常定义了应用体系的整体结构类和对象的关系等等设计参数,以便于具体应用实现者能集中精力于应用本身的特定细节。框架主要记录软件应用中共同的设计决策,框架强调设计复用,因此框架设计中必然要使用设计模式。
另外,设计模式有助于对框架结构的理解,成熟的框架通常使用了多种设计模式,如果你熟悉这些设计模式,毫无疑问,你将迅速掌握框架的结构,我们一般开发者如果突然接触EJBJ2EE等框架,会觉得特别难学,难掌握,那么转而先掌握设计模式,无疑是给了你剖析EJB或J2EE系统的一把利器。



2、设计模式的原则

近年来,大家都开始注意设计模式。那么,到底我们为什么要用设计模式呢?为什么要提倡设计模式呢?

根本原因是为了摆脱编程低效率,提高代码复用,增强代码健壮稳定,增加可维护性。


那怎么才能实现代码复用呢?

从面向过程到面向对象,是软件设计诞生以来的迈出的最伟大的一步,面向对象程序设计成功解决了面向过程软件编程的低效率问题,并且彻底改变了人们的编程思维,为软件设计揭开了新的篇章。然而,要实现面向对象设计,彻底摆脱面向过程设计思维,并不仅仅是只要使用了一门面向对象的编程语言就能够达到的。使用面向对象设计,可以设计出优秀的软件,同样也可以设计出糟糕的软件。只有遵循一些特定的原则,才能设计出复用性高灵活性好的软件来。

在运用面向对象的思想进行软件设计时,需要遵循的原则一共有 6 条:

  1. 单一职责原则(Single Responsibility Principle)
  2. 里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)
  3. 依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle)
  4. 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
  5. 迪米特法则(Law Of Demeter)
  6. 开闭原则(Open Close Principle)

        在软件设计的过程中,只要我们尽量遵循以上六条设计原则,设计出来的软件才会是一个优秀的软件,它必定足够健壮、足够稳定,并以极大的灵活性来迎接随时而来的需求变更等因素。



3、设计模式的四要素

设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。

  • 模式名称(pattern name)

一个助记名,它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。命名一个新的模式增加了我们的设计词汇。设计模式允许我们在较高的抽象层次上进行设计。基于一个模式词汇表,我们自己以及同事之间就可以讨论模式并在编写文档时使用它们。模式名可以帮助我们思考,便于我们与其他人交流设计思想及设计结果。找到恰当的模式名也是我们设计模式编目工作的难点之一。

  • 问题(problem)

描述了应该在何时使用模式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果,它可能描述了特定的设计问题,如怎样用对象表示算法等。也可能描述了导致不灵活设计的类或对象结构。有时候,问题部分会包括使用模式必须满足的一系列先决条件。

  • 解决方案(solution)

描述了设计的组成成分,它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板,可应用于多种不同场合,所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现,而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合(类或对象组合)来解决这个问题。

  • 效果(consequences)

描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。尽管我们描述设计决策时,并不总提到模式效果,但它们对于评价设计选择和理解使用模式的代价及好处具有重要意义。软件效果大多关注对时间和空间的衡量,它们也表述了语言和实现问题。因为复用是 面向对象设计 的要素之一,所以模式效果包括它对系统的灵活性、扩充性或可移植性的影响,显式地列出这些效果对理解和评价这些模式很有帮助。



4、设计模式分类概览

《设计模式》一书,第 1 次将设计模式提升到理论高度,并将之规范化。书中一共总结了23种基本的设计模式,《设计模式》下载

这23种设计模式,几乎涵盖了面向对象设计过程中所有问题的解决方案,书中提到的23种设计模式分别是:

设计模式

(Design Pattern)

创建型

(Creational)

结构型

(Structural)

行为型

(Behavioral)

1、Abstract Factory(抽象工厂)

2、Builder(建造者)

3、Factory Method(工厂方法)

4、Prototype(原型)

5、Singleton(单态)

 

 

 

 

 

 

 

6、Adapter(适配器)

7、Bridge(桥模式)

8、Composite(组合)

9、Decorator(装饰)

10、Façade(外观)

11、Flyweight(享元)

12、Proxy(代理)

13、Chain of Responsibility(职责链)

14、Command(命令)

15、Interpreter(解释器)

16、Iterator(迭代器)

17、Mediator(中介)

18、Memento(备忘录)

19、Observer(观察者)

20、State(状态)

21、Strategy(策略)

22、Template Method(模板方法)

23、Visitor(访问者)



5、设计模式的设计场景

那么如此多的设计模式又是从何而来呢?

《易经》有云:“易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦”,意思就是说世界万物皆有起源。

设计模式的起源,是面向对象程序设计思想,是面向对象设计的精髓——抽象。面向对象通过类和对象来实现抽象,实现时产生了面向对象的三个重要机制:封装、继承、多态,正是这三个机制衍生出了各种各样的设计模式。

设计模式的支持设计

目的

设计模式

可变方面

创建

(Creational)

1、Abstract Factory

2、Builder

3、Factory Method

4、Prototype

5、Singleton

产品对象家族

如何创建一个组合对象

被实例化的子类

被实例化的类

一个类的唯一实例

结构

(Structural)

6、Adapter

7、Bridge

8、Composite

9、Decorator

10、Façade

11、Flyweight

12、Proxy

对象的接口

对象的实现

一个对象的结构和组成

对象的职责,不生成子类

一个子系统的接口

对象的存储开销

如何访问一个对象,该对象的位置

行为

(Behavioral)

13、Chain of Responsibility

14、Command

15、Interpreter

16、Iterator

17、Mediator

18、Memento

19、Observer

20、State

21、Strategy

22、Template Method

23、Visitor

满足一个请求的对象

何时、怎样满足一个请求

一个语言的文法和解释

如何遍历、访问一个聚合的各元素

对象间如何交互、与谁交互

一个对象中哪些私有信息存放在该对象之外,以及在什么时候进行存储

多个对象依赖于另外一个对象,而这些对象又如何保持一致

对象的状态

算法设计

算法中的某些步骤

某些可作用于一个(组)对象上的操作,但不修改这些对象的类



6、设计模式的分类描述

设计模式分为创建型模式、结构型模式、行为型模式

设计模式的分类描述

创建型模式

1.抽象工厂模式

为一个产品族提供了统一的创建接口。当需要这个产品族的某一系列的时候,可以从抽象工厂中选出相应的系列创建一个具体的工厂类。

2.建造者模式

将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

3.工厂方法模式

定义一个接口用于创建对象,但是让子类决定初始化哪个类。工厂方法把一个类的初始化下放到子类。

4.原型模式

用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

5.单例模式

确保一个类只有一个实例,并提供对该实例的全局访问。

5.多例模式

确保一个类只有命名的实例,并提供对这些实例的全局访问。

对象池模式

通过回收利用对象避免获取和释放资源所需的昂贵成本。

惰性初始模式

推迟对象的创建、数据的计算等需要耗费较多资源的操作,只有在第一次访问的时候才执行。

资源获取为初始化

通过绑定到合适对象的生命周期来确保资源被适当地释放。

结构型模式

6.适配器模式

将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示。适配器模式可以消除由于接口不匹配所造成的类兼容性问题。

7.桥接模式

将一个抽象与实现解耦,以便两者可以独立的变化。

8.组合模式

把多个对象组成树状结构来表示局部与整体,这样用户可以一样的对待单个对象和对象的组合。

9.装饰模式

向某个对象动态地添加更多的功能。修饰模式是除类继承外另一种扩展功能的方法。

10.外观模式

为子系统中的一组接口提供一个一致的界面, 外观模式定义了一个高层接口,这个接口使得这一子系统更加容易使用。

11.享元

通过共享以便有效的支持大量小颗粒对象。

12.代理

为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。

行为型模式

13.职责链

为解除请求的发送者和接收者之间耦合,而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链,并沿着这条链传递该请求,直到有一个对象处理它。

14.命令

将一个请求封装为一个对象,从而使你可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或记录请求日志,以及支持可取消的操作。

15.解释器

给定一个语言, 定义它的文法的一种表示,并定义一个解释器, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。

16.迭代器

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。

17.中介者

包装了一系列对象相互作用的方式,使得这些对象不必相互明显作用,从而使它们可以松散偶合。当某些对象之间的作用发生改变时,不会立即影响其他的一些对象之间的作用,保证这些作用可以彼此独立的变化。

18.备忘录

备忘录对象是一个用来存储另外一个对象内部状态的快照的对象。备忘录模式的用意是在不破坏封装的条件下,将一个对象的状态捉住,并外部化,存储起来,从而可以在将来合适的时候把这个对象还原到存储起来的状态。

19.观察者模式

在对象间定义一个一对多的联系性,由此当一个对象改变了状态,所有其他相关的对象会被通知并且自动刷新。

20.状态

让一个对象在其内部状态改变的时候,其行为也随之改变。状态模式需要对每一个系统可能取得的状态创立一个状态类的子类。当系统的状态变化时,系统便改变所选的子类。

21.策略

定义一个算法的系列,将其各个分装,并且使他们有交互性。策略模式使得算法在用户使用的时候能独立的改变。

22.模板方法

模板方法模式准备一个抽象类,将部分逻辑以具体方法及具体构造子类的形式实现,然后声明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑。不同的子类可以以不同的方式实现这些抽象方法,从而对剩余的逻辑有不同的实现。先构建一个顶级逻辑框架,而将逻辑的细节留给具体的子类去实现。

23.访问者

封装一些施加于某种数据结构元素之上的操作。一旦这些操作需要修改,接受这个操作的数据结构可以保持不变。访问者模式适用于数据结构相对未定的系统,它把数据结构和作用于结构上的操作之间的耦合解脱开,使得操作集合可以相对自由的演化。

空对象

通过提供默认对象来避免空引用。

黑板

广义的观察者在系统范围内交流信息,允许多位读者和写者。

规格

以布尔形式表示的可重绑定的商业逻辑。

在面向对象软件设计的发展过程中,除了《设计模式》一书中提到的23中设计模式之外,新的设计模式仍然不断出现。


若想更进一步了解关于面向对象设计的背景,参考接口模式内聚耦合

若想更进一步了解关于面向对象编程的背景,参考继承重载多态接口

参考来源:设计模式(wiki)




参考推荐:

设计模式笔记

设计模式(C#)

设计模式(C++)

设计模式(Java)

设计模式(JavaScript)

.NET设计模式系列文章(MS MVP)


UML 软件工程组织推荐

设计模式推荐

设计模式(wiki)




原文链接:http://blog.csdn.net/sunboy_2050/article/details/7525022
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