模式概念在编程中的应用

5模式概念在编程中的应用汇报人：XX2023-12-24CATALOGUE目录模式概念概述创建型模式在编程中应用结构型模式在编程中应用行为型模式在编程中应用并发编程中的设计模式应用总结与展望01模式概念概述定义与分类模式是指在特定环境下，为解决某一类问题而提出的一种可重复使用的解决方案。在编程中，模式通常指设计模式，即针对软件设计中经常遇到的一些问题，总结出的一套可重用的解决方案。模式定义根据模式的应用范围和目的，设计模式可分为创建型模式、结构型模式和行为型模式三类。创建型模式关注对象的创建过程，如单例模式、工厂模式等；结构型模式关注对象之间的组合和关系，如适配器模式、装饰器模式等；行为型模式关注对象之间的交互和通信，如观察者模式、策略模式等。模式分类里氏替换原则子类必须能够替换其父类。即在使用父类的地方，可以无差别地使用子类，而不会引起程序的错误或异常。开闭原则软件实体应当对扩展开放，对修改关闭。即在不修改原有代码的基础上，通过扩展实现新的功能。依赖倒置原则高层模块不应该依赖于低层模块，它们都应该依赖于抽象。即抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。迪米特法则一个对象应当对其他对象保持最少的了解。即一个类应该尽量减少对其他类的依赖和了解，以降低耦合度。接口隔离原则客户端不应该依赖于它不需要的接口。即一个类对另一个类的依赖应该最小化，只依赖于必要的接口。设计模式原则0102单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。常用于管理全局状态或资源的情况，如配置管理、日志记录等。工厂模式提供一个创建对象的接口，但让子类决定要实例化哪个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。常用于需要根据不同条件创建不同对象的情况。观察者模式定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。常用于实现事件驱动编程和GUI编程中的事件处理机制。策略模式定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。常用于需要根据不同条件选择不同算法的情况。适配器模式将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。适配器模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。常用于需要兼容旧接口或整合不同系统的情况。030405编程中常见模式02创建型模式在编程中应用工厂方法模式是一种创建型设计模式，它在父类中提供一个创建对象实例的接口，但让子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法模式将对象的创建与使用分离，使得系统更加灵活，易于扩展和维护。定义当创建对象的逻辑比较复杂，或者需要根据不同的条件创建不同的对象时，可以使用工厂方法模式。例如，在一个图形界面中，可能需要根据不同的用户输入创建不同的图形对象，这时就可以使用工厂方法模式。应用场景工厂方法模式抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行结合，用来创建一系列相关或者互相依赖的对象，而无需指定它们具体的类。定义当需要创建一系列相关或者互相依赖的对象，并且希望能够在运行时动态地指定这些对象的类型时，可以使用抽象工厂模式。例如，在一个游戏开发中，可能需要创建不同类型的角色和装备，这时就可以使用抽象工厂模式。应用场景抽象工厂模式定义单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式的主要目的是确保一个类只有一个实例被创建，这样可以节省系统资源，并且对于一些需要频繁创建和销毁的对象，单例模式可以提高系统的性能。应用场景当需要确保一个类只有一个实例被创建，或者需要频繁地创建和销毁对象时，可以使用单例模式。例如，在一个数据库连接池中，可以使用单例模式来确保只有一个数据库连接实例被创建。单例模式VS建造者模式是一种创建型设计模式，它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。建造者模式通常用于构建一些复杂的对象，这些对象的构建过程可能需要很多步骤，而且可能需要根据不同的需求进行不同的构建。应用场景当需要构建一些复杂的对象，并且这些对象的构建过程可能需要很多步骤时，可以使用建造者模式。例如，在一个图形编辑软件中，可以使用建造者模式来构建复杂的图形对象。定义建造者模式定义原型模式是一种创建型设计模式，它使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。原型模式允许在运行时动态地改变对象的行为。应用场景当创建对象的成本比较大时，或者需要动态地改变对象的行为时，可以使用原型模式。例如，在一个需要频繁创建相似对象的场景中（如游戏中的敌人、道具等），可以使用原型模式来提高性能并减少内存消耗。原型模式03结构型模式在编程中应用何时使用：1、系统需要使用现有的类，而此类的接口不符合系统的需要。2、想要建立一个可以重复使用的类，用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类，包括一些可能在将来引进的类一起工作，这些源类不一定有一致的接口。3、通过接口转换，将一个类插入另一个类系中。（比如老虎和飞禽，现在多了一个飞虎，在不增加实体的需求下，增加一个适配器，在里面包容一个虎对象，实现飞的接口。）意图：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口或类的不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。主要解决：在软件系统中，常常要将一些"现存的对象"放到新的环境中，而新环境要求的接口是现对象不能满足的。适配器模式将抽象部分与实现部分分离，使它们都可以独立地变化。意图主要解决何时使用在有多种可能会变化的情况下，用继承会造成类爆炸问题，扩展起来不灵活。实现系统可能有多个角度分类，每一种角度都可能变化。030201桥接模式意图01将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。Composite使得用户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。主要解决02它在我们树型结构的问题中，模糊了简单元素和复杂元素的概念，客户程序可以像处理简单元素一样来处理复杂元素，从而使得客户程序与复杂元素的内部结构解耦。何时使用031、你想表示对象的部分-整体层次结构（树形结构）。2、你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。组合模式动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，Decorator模式相比生成子类更为灵活。意图一般的，我们为了扩展一个类经常使用继承方式实现，由于继承为类引入静态特征，并且随着扩展功能的增多，子类会很膨胀。主要解决在不想增加很多子类的情况下扩展类。何时使用装饰器模式

外观模式意图为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，Facade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。主要解决降低访问复杂系统的内部子系统时的复杂性，简化客户端与之的接口。何时使用1、客户端不需要知道系统内部的复杂联系，只需一个统一的高级接口。2、需要在几个不同的系统间建立通用的接口的场景。意图运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。主要解决在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。何时使用1、系统中有大量对象。2、这些对象消耗大量内存。3、这些对象的状态大部分可以外部化。4、这些对象可以按照内蕴状态分为很多组，当把外蕴对象从对象中剔除时，每一组对象都可以用一个对象来代替。5、系统不依赖于这些对象身份，这些对象是不可分辨的。享元模式为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在直接访问对象时带来的问题，比如说：要访问的对象在远程的机器上。在面向对象系统中，有些对象由于某些原因（比如对象创建开销很大，或者某些操作需要安全控制，或者需要进程外的访问），直接访问会给使用者或者系统结构带来很多麻烦，我们可以在访问此对象时加上一个对此对象的访问层。想在访问一个类时做一些控制。意图主要解决何时使用代理模式04行为型模式在编程中应用定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换。策略模式使算法可以独立于使用它的客户端而变化。定义当存在多种算法，且客户端需要根据不同情况选择不同算法时，可以使用策略模式。应用场景策略模式定义对象间一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。当一个对象的状态变化需要通知其他对象，且不希望明确指定接收通知的对象是谁时，可以使用观察者模式。观察者模式应用场景定义定义提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。应用场景当需要访问一个聚合对象中的元素，而又不想暴露该对象的内部表示时，可以使用迭代器模式。迭代器模式责任链模式定义使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递请求，直到有一个对象处理它为止。应用场景当存在多个处理对象，且请求的处理需要按照一定顺序进行传递和处理时，可以使用责任链模式。将一个请求封装为一个对象，从而使你使用不同的请求把客户端与服务端操作解耦。当需要将请求的操作封装为对象，且希望实现请求的撤销和重做功能时，可以使用命令模式。定义应用场景命令模式定义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。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。应用场景当需要保存和恢复一个对象的内部状态时，且不希望破坏该对象的封装性时，可以使用备忘录模式。备忘录模式定义允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。要点一要点二应用场景当一个对象的行为取决于它的状态，且状态的改变会导致行为的变化时，可以使用状态模式。状态模式定义表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。应用场景当需要对一个对象结构中的元素进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作"污染"这些对象的类时，可以使用访问者模式。访问者模式05并发编程中的设计模式应用通过共享缓冲区解决生产者和消费者速度不匹配问题，实现生产者和消费者的解耦。生产者消费者模式平衡生产者和消费者的处理能力，提高系统整体性能；降低系统耦合度，提高系统可维护性。优点需要考虑线程同步和互斥问题，否则可能导致数据混乱或丢失。缺点生产者-消费者模式03缺点需要考虑读写操作的同步问题，否则可能导致数据不一致或脏读。01读写锁分离模式允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源，提高并发性能。02优点提高读取操作的并发性能，降低写入操作的等待时间。读写锁分离模式通过创建和管理一组线程来避免频繁创建和销毁线程带来的开销，提高系统性能和稳定性。线程池模式降低系统开销，提高线程复用率；有效控制线程数量，避免系统资源耗尽。优点需要合理设置线程池参数，否则可能导致线程过多或过少，影响系统性能。缺点线程池模式06总结与展望增强代码可维护性设计模式使代码结构更清晰、更易于理解，从而降低了维护成本。提高系统可扩展性设计模式有助于实现松耦合的系统设计，使得系统更容易适应需求变化。提高代码重用性设计模式提供了解决常见问题的最佳实践，通过重用这些经过验证的解决方案，可以减少开