设计模式概述

Posted 2020-11-13 tenny-peng

简介

设计模式（Design pattern）是在开发过程中面临同类软件工程设计问题的通用解决方案，是软件开发的最佳实践。

设计模式的本质是提高软件的维护性，通用性，扩展性，降低软件的复杂度。

目的

设计模式给与程序更好的：

1. 代码重用性（相同功能的代码，不用多次编写）
2. 可读性 （编程规范性，便于其他程序员的阅读和理解）
3. 可扩展性 （方便增加新的功能）
4. 可靠性 （新增的功能对原来的功能没有影响）
5. 高内聚，低耦合

七大原则

设计模式的七大原则为：

1. 单一职责原则
2. 接口隔离原则
3. 依赖倒转原则
4. 里氏替换原则
5. 开闭原则
6. 迪米特法则
7. 合成复用法则

单一职责原则

对类来说，一个类应该只负责一项职责。

如果类T负责两个不同的职责a,b。考虑到职责a变动时可能会造成职责b出错，应该将类T分解为T1,T2, 分别单独负责职责a和职责b。

注意事项

1. 降低类的复杂度，一个类只负责一项职责
2. 提高类的可读性，可维护性
3. 降低变更引起的风险
4. 通常情况下，应该遵守单一职责原则。只有逻辑足够简单，才可以在代码级违反此原则；当类中方法足够少，可以在方法级别保持此原则

接口隔离原则

客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

假设类T通过接口I（有方法a,b,c）依赖于V,即V implments I, T use V, 而T中只需要用到I中的部分方法（如a,b）, 那么应该细化I, 把I分成I1(a,b), I2(c)，V实现必要的I1即可

依赖倒转原则

依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）是指：

1. 高层模块不应该依赖底层模块，二者都应该依赖其抽象
2. 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
3. 依赖倒转（倒置）的中心思想是面向接口编程
4. 设计理念：相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础搭建的架构要稳定的多
5. 使用接口或抽象类的目的是制定好规范，而不涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给它们的实现类去完成

依赖关系传递的三种方式

1. 接口传递
2. 构造方法传递
3. setter方式传递

注意事项

1. 底层模块尽量都要有抽象类或接口，或两者都有，程序稳定性更好
2. 变量的声明类型尽量是抽象类或接口。如此，我们的变量引用和实际对象之间，就存在一个缓冲层，有利于程序扩展和优化
3. 继承时遵循里氏替换原则

里氏替换原则

对OO中继承性的思考

1. 继承有这样一层含义：凡是父类中已实现好的方法，实际上是规范和契约。虽然它不强制要求所有子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已实现方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏
2. 继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。如给程序带来侵入性，程序的可移植性降低，增加对象间的耦合性。如果一个类被其他类继承，当这个类需要修改时，必须考虑到所有子类；且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障
3. 那么，在编程中，如何正确使用继承呢 ===> 里氏替换原则

介绍

1. 对于类型为T1的对象o1，有类型为T2的对象o2，使得以T1定义的程序P在所有的对象o1都换成o2时，程序P的行为不变，那么T2是T1的子类型。即，所有引用基类的地方都能透明的使用其子类对象
2. 在使用继承时，遵循里氏替换原则，子类尽量不重写父类方法
3. 继承实际上让两个类的耦合性增强了，在适当情况下，可以通过依赖，聚合，组合来解决问题

开闭原则

介绍

1. 开闭原则（Open Closed Principle）是编程中最基础，最重要的设计原则
2. 一个软件实体，如类，模块，函数应该对扩展开放（对提供方），对修改关闭（对使用方）。用抽象构建框架，用实现扩展细节
3. 当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化
4. 编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则

迪米特法则

介绍

1. 一个对象应该对其他对象保持最少的了解
2. 类与类关系越密切，耦合度越大
3. 迪米特法则又叫最少知道原则，即一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说，被依赖的类不管多复杂，都尽量将逻辑封装在其内部，对外除了提供public方法，不泄露任何信息
4. 迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接朋友通信
5. 直接朋友：每个对象都会和其他对象有耦合关系，只要对象间有耦合关系，我们称这两个对象是朋友关系。耦合方式很多，有依赖，关联，组合，聚合等。我们称在成员变量，方法参数，方法返回值中出现的类为直接朋友，出现在局部变量中的类为非直接朋友。陌生的类最好不要以局部变量的形式出现在类的内部

注意事项

1. 迪米特法则的核心是降低类之间的耦合
2. 但是注意：由于每个类都减少了不必要的依赖，迪米特法则只是要求降低类间（对象间）的耦合关系，并不是要求完全没有依赖关系

合成复用法则

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

设计原则核心思想

1. 找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起
2. 针对接口编程，而不是针对实现编程
3. 为了交互对象之间的松耦合设计而努力

类关系

类之间的关系：依赖、泛化（继承）、实现、关联、聚合、组合

依赖关系

只要在类中用到了对方，那么它们之间就存在依赖关系。

一个A类使用到了B类，就称A依赖于B，可能有四种情况：

1. B作为A的成员变量
2. B作为A的方法参数
3. B作为A的方法返回值
4. B作为A的局部变量，即在方法内部出现

泛化关系

泛化关系实际上就是继承关系，它是依赖关系的特例

如A继承了abstract B，就称A和B存在泛化关系

实现关系

实现关系实际上就是实现接口，它是依赖关系的特例

如A实现了interface B，则A和B存在实现关系

关联关系

关联关系实际上就是类与类之间的联系，它是依赖关系的特例

关联具有导航性，即单向关系或双向关系

关联具有多重性：如"1"(有且仅有一个), "0..."(0个或多个), "0, 1"(0个或1个), "n...m"(n到m个), "m..."(至少m个)

举例

1. 单向一对一关系，如Person里有一个IDCard
2. 双向一对一关系，Person里有一个IDCard，IDCard里也有一个Person

聚合关系

聚合关系（Aggregation）表示整体和部分的关系，整体和部分可以分开。聚合关系是关联关系的特例

如一个Computer有KeyBoard和Monitor，组成电脑的配件可以从电脑上分离出来

组合关系

组合关系也是整体和部分的关系，但是整体和部分不可分开。组合关系是关联关系的特例

如一个Person有Head和IDCard，这里Head和Person是组合关系，Head和Person不能分开（Head在Person创建时创建）。
另外，IDCard和Person就是聚合关系，Person可以没有IDCard（IDCard可以通过set方法传递进来）

设计模式类型

设计模式分为三种类型，共23种

1. 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式
2. 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式
3. 行为型模式：模板方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter模式）、状态模式、策略模式、职责链模式（责任链模式）