[转] 一句话总结GoF 23种设计模式

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以GoF的经典教材为例,一句话总结个人的理解。

OO回顾

  • 四大概念
    • 抽象:抽象为了简化问题,简单即美,相信我,人类很笨
    • 继承:为了便于扩展或改写原有的功能
    • 多态:为了便于改写原有的功能
    • 封装:组件化,便于理解、替换与复用,因此系统会更加灵活(后文提到封装XXX时,就不具体说这些优点了)
  • 类关系
    • 依赖:非常弱的关系,A中用过B即为A依赖B
    • 继承:子类
    • 实现:接口/抽象类
    • 关联(也常看做包含)
      • 聚合:has-a,部分与整体的生命周期可以不同
      • 组合:contains-a,更强,部分依赖整体的生命周期
  • 接口
    这里单独强调下接口,作为最重要的抽象形式之一,接口可以看做设计模式的基石,所以面向接口编程被广泛采用。接口即契约。好的接口必须小而精(高内聚),但是也需避免接口膨胀和过度设计,这是一个权衡。

目标

  • 优点:使得系统灵活可扩展,也即使用设计模式的目标
  • 缺点:增加系统复杂度、有过度设计的风险
    因此适用于系统会不断发生变化或者新老系统共存的场景。

原则

  • 隔离变化
  • 开(扩展)闭(修改)
  • 高内聚/低耦合(High Cohesion/Low Coupling)
    • 单一职责(Single Responsibility)
    • 面向接口
  • 接口隔离:小、高内聚
  • 依赖倒置(Dependence Inversion):高层依赖底层、依赖抽象

模式总结

  1. Strategy:使用接口即使用strategy,用于隔离变化,例如Spring中IOC(依赖反转)。
  2. Decrator:常见于各种wrapper,常用于在原函数执行前后做一些额外的工作,例如定制输入/输出流、加解密、AOP等。
  3. Factory Method:隔离创建对象的细节,使得创建对象的行为可扩展,一般配合singleton使用,例如commons的LogFactory。
  4. Observer:非常实用,即订阅/发布模型,用于事件驱动的设计,例如UI框架中的listener。
  5. Chain of Responsibility:一组对象按照既定的顺序关联起来,依次处理请求,其中任一对象都有权停止调用的继续传递,例如JavaEE中的Filter。
  6. Singleton:最简单的模式,但是要注意线程安全的单例模式的几种写法,在延迟加载的场景中:double-check的隐患,以及静态内部类的优点。
  7. Flyweight:复用变化少的对象,常用于各种资源池的设计,例如线程池,再例如在处理音乐对象时,复用音乐家。
  8. Adapter:处理遗留系统的不二法宝,也可以用空方法实现接口作为抽象父类,例如Java AWT中的KeyAdapter、MouseAdapter。
  9. Facade:封装扇出(多个方法的调用简化为一个),复杂的facade可以形成树状结构,本质上是利用树状结构减少调用者的复杂度。
  10. Template:与多态紧密结合,其实任意的多态使用即为该模式,可以理解为框架与钩子(callback之类)的关系,例如Spring MVC。
  11. Builder:与factory不同的是,该模式包含了对象构造的若干过程,因此天然地与template结合,例如StringBuilder、protobuf中的builder等。
  12. Iterator:封装数据的访问行为(顺序、可见性等),一般被容器类创建,例如由Java的Iterable实现类创建。
  13. Composite:结构上与decorator很像,但可以一个包装多个同接口的实例,在逻辑上也不同,composite将组件组装为整体使用,decorator仅仅是修饰目标的行为,例如目录与文件。
  14. Command:将行为抽象和解耦,例如绘图命令包含钢笔、笔刷、油漆桶等,每个命令可以包含draw、undo、redo等操作。
  15. Mediator:对于n个对象,可能共有O(n^2)个联系,使用mediator可以将复杂可变的联系行为封装在该类中,每个对象只需和该类联系即可,例如UI中的组件状态的关联(联动菜单等)。
  16. State:封装FSM(有限状态机)的状态与状态迁移,每个状态定义了自身的输入与状态迁移,比传统的switch写法更灵活,例如电梯调度。
  17. Proxy:与decorator在结构上很像,但逻辑上不同,decorator是在原有的基础上做额外的工作,而proxy是原对象的一个完整的替代品,例如图片加载中的占位符、AOP。
  18. Abstract Factory:该模式抽象出创建一组相关对象的接口,其中每个方法即为factory method,例如创建一组相关的UI控件等。
  19. Prototype:用于以某个对象为模子创建一个新对象的场景,例如幻灯片中的母版与普通页、对象的克隆(Java中的Cloneable)等。
  20. Bridge:使用关联代替继承,解决类多维度的扩展导致的类爆炸的问题,例如一本书,从语言上看分为中文英文等(共X种),从类别上分为小说散文等(共Y种),从包装上分为精装平装等(共Z种),那么如果采用继承需要3层共XYZ个类,如果分别包含三种分类的接口,则一共只需X+Y+Z个类。
  21. Interpreter:很少用到,一般用于解释执行自定义的某种语法,跟command与composite可以合起来使用
    举个我在实际工作中用过的例子:规则过滤。该模块输入是仿SQL语法的过滤规则,例如:
    syndId=101 AND sponsor.id IN (1,2,3) AND campaign.id NOT IN (4,5,6)
    可以将一元、二元之类的表达式封装为command,command之间是composite的模式(可以构造为一棵抽象语法树),command本身其实就是不同的interpreter,接受context(实际应用中我是将context与context的求值逻辑分离开了,便于扩展不同的context求值逻辑)作为参数。
  22. Memento:将当前对象的状态信息保存为另一个对象(状态镜像),使得当前对象可以基于状态镜像快速恢复原状态,例如表单提交后,将已填写正确的字段作为镜像传递给视图层,以便用户继续填写的时候可以只用重写错误的信息。
  23. Visitor:访问多种类型的元素时,很容易写出if-else的代码,如果类型变化不大但是访问的行为(例如输出元素)容易发生变化时,适合此模式。具体地,为每个元素定义访问行为的接口,在对应的实现中可以调用某个visitor,而visitor的实现类定义具体的实现。例如解析HTML DOM树。

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