设计模式及其六大原则

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关于

什么是设计模式？

软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式，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。它描述了在软件设计过程中的一些不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案。也就是说，它是解决特定问题的一系列套路，是前辈们的代码设计经验的总结，具有一定的普遍性，可以反复使用。其目的是为了提高代码的可重用性、代码的可读性和代码的可靠性。

设计模式的意义

设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。

正确使用设计模式具有以下优点：

  1. 可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力。
  2. 使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期。
  3. 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

什么是 GOF（四人帮，全拼 Gang of Four）？

在 1994 年，由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software（中文译名：设计模式 - 可复用的面向对象软件元素） 的书，该书首次提到了软件开发中设计模式的概念。

四位作者合称 GOF（四人帮，全拼 Gang of Four）。他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则：

  1. 对接口编程而不是对实现编程。
  2. 优先使用对象组合而不是继承。

设计模式的六大原则

  1. “开闭原则（Open Close Principle）”： 
    对扩展开放，对修改关闭
    在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。
    • 想要达到这样的效果，需要使用接口和抽象类。
  2. “里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）”： 
    任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。
    LSP 是继承复用的基石，只有当派生类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。
    • 里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化，而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。
    • 里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。
  3. “依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）”： 
    针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。
    • 依赖倒转原则是开闭原则的基础。
  4. “接口隔离原则（Interface Segregation Principle）”： 
    使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。
    它还有另外一个意思是：降低类之间的耦合度。
    • 由此可见，其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想，它强调降低依赖，降低耦合。
  5. “迪米特法则（Demeter Principle，又称“最少知道原则”）”： 
    一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。
  6. “合成复用原则（Composite Reuse Principle）”： 
    尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

GoF 的 23 种设计模式

根据设计模式的参考书《Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software》（设计模式 - 可复用的面向对象软件元素）中所提到的，总共有 23 种设计模式。

这些模式可以分为三大类：

模式分类 模式
GoF 的 23 种设计模式
1 创建型模式（Creational Patterns）
  • 这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。
  • 工厂模式（Factory Pattern）
  • 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
  • 单例模式（Singleton Pattern）
  • 建造者模式（Builder Pattern）
  • 原型模式（Prototype Pattern）
2 结构型模式（Structural Patterns）
  • 这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。
  • 适配器模式（Adapter Pattern）
  • 桥接模式（Bridge Pattern）
  • 过滤器模式（Filter、Criteria Pattern）
  • 组合模式（Composite Pattern）
  • 装饰器模式（Decorator Pattern）
  • 外观模式（Facade Pattern）
  • 享元模式（Flyweight Pattern）
  • 代理模式（Proxy Pattern）
3 行为型模式（Behavioral Patterns）
  • 这些设计模式特别关注对象之间的通信。
  • 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）
  • 命令模式（Command Pattern）
  • 解释器模式（Interpreter Pattern）
  • 迭代器模式（Iterator Pattern）
  • 中介者模式（Mediator Pattern）
  • 备忘录模式（Memento Pattern）
  • 观察者模式（Observer Pattern）
  • 状态模式（State Pattern）
  • 空对象模式（Null Object Pattern）
  • 策略模式（Strategy Pattern）
  • 模板模式（Template Pattern）
  • 访问者模式（Visitor Pattern）
其他设计模式
4 J2EE 模式（J2EE Patterns）
  • 这些设计模式特别关注表示层。这些模式是由 Sun Java Center 鉴定的。
  • MVC 模式（MVC Pattern）
  • 业务代表模式（Business Delegate Pattern）
  • 组合实体模式（Composite Entity Pattern）
  • 数据访问对象模式（Data Access Object Pattern）
  • 前端控制器模式（Front Controller Pattern）
  • 拦截过滤器模式（Intercepting Filter Pattern）
  • 服务定位器模式（Service Locator Pattern）
  • 传输对象模式（Transfer Object Pattern）

各设计模式的关系

GOF 23种设计模式之间的关系.png

一句话归纳设计模式

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