模式概念的核心原理与设计模式解析

$number{01}53模式概念的核心原理与设计模式解析2023-12-22汇报人：XXX目录模式概念概述核心原理剖析设计模式解析之创建型模式设计模式解析之结构型模式设计模式解析之行为型模式设计模式的优缺点与适用场景分析01模式概念概述模式是指在特定环境下解决某一类问题的方案或模板，它描述了一个问题及其解决方案的核心结构和关系。模式定义根据模式的应用领域和抽象层次，模式可分为设计模式、分析模式、架构模式等。模式分类模式的定义与分类123模式在软件工程中的重要性促进团队协作模式提供了一种通用的交流语言，有助于团队成员之间的沟通和协作。提高软件质量模式提供了经过验证的解决方案，遵循模式可以提高软件的可维护性、可扩展性和可重用性。加快开发速度模式提供了通用的设计思路和实现方法，可以减少开发人员在设计和实现阶段的思考和工作量。模式的发展趋势建筑学中的模式软件工程中的模式模式的起源与发展随着软件开发技术的不断进步和软件复杂性的不断增加，模式的应用范围和抽象层次也在不断提高，未来模式将在更多领域和更高层次上发挥作用。模式的起源可以追溯到建筑学领域，建筑师们通过总结经验和提炼共性，形成了一系列建筑设计模式。随着软件工程的不断发展，人们开始将模式引入到软件开发中，形成了软件设计模式、分析模式和架构模式等。02核心原理剖析将系统中经常变化的部分封装起来，形成一个独立的模块或组件，以便在不影响其他部分的情况下进行修改和扩展。通过封装变化点，可以降低系统各部分之间的耦合度，提高系统的可维护性和可扩展性。封装变化点降低耦合度变化点封装使用接口来定义对象之间的交互方式，而不依赖于具体的实现类。接口定义通过针对接口编程，可以实现代码之间的解耦，使得代码更加灵活，易于替换和扩展。实现解耦针对接口编程而非实现组合优势组合是一种更为灵活和强大的代码复用方式，可以在运行时动态地改变对象的行为。继承局限过度使用继承可能导致代码结构复杂，难以理解和维护。因此，在设计中应优先考虑使用组合。多用组合少用继承对修改关闭对扩展开放开闭原则软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。即在不修改原有代码的情况下，可以方便地扩展新的功能。扩展方式通过添加新的模块、组件或接口来实现功能的扩展，而不是直接修改现有的代码。这样可以保证系统的稳定性和可维护性。03设计模式解析之创建型模式单例模式（Singleton）02030104减少内存开销，避免对同一资源的多重实例化。若系统需要多个实例时，单例模式无法满足需求。确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点。配置管理、日志记录等。定义优点应用场景缺点定义优点缺点应用场景工厂方法模式（FactoryMethod）若系统中存在大量产品等级结构时，工厂方法模式将导致系统类过多。需要根据不同条件创建不同对象时，如UI组件的创建。定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。将对象的创建与使用分离，提高了系统的灵活性和可扩展性。优点降低客户端与具体产品类的耦合度，提高系统的可维护性和可扩展性。定义提供一个接口，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。缺点若产品族中新增产品等级时，需要修改抽象工厂的接口及所有实现类。应用场景需要创建一系列相关或互相依赖的对象时，如GUI中的按钮和文本框。抽象工厂模式（AbstractFactory）定义优点缺点建造者模式（Builder）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。若产品的内部结构过于复杂时，建造者模式的实现将变得繁琐。将复杂对象的构建过程与表示分离，提高了代码的可读性和可维护性。04设计模式解析之结构型模式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。何时使用系统需要使用现有的类，而此类的接口不符合系统的需要；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。适配器模式（Adapter）如何解决：继承或依赖（推荐）。关键代码：适配器继承或依赖已有的对象，实现想要的目标接口。应用实例：美国电器110V，中国220V，就要有一个适配器将110V转化为220V；JAVAJDK1.1提供了Enumeration接口，而在JDK1.2中提供了Iterator接口，想要使用JDK1.2的JDK，则需要将以前系统的Enumeration接口转化为Iterator接口，这时就需要适配器模式。在LINUX上运行WINDOWS程序；JAVA中的容器有List、Set、Map三种类型，实际上三种容器最终划分为二种表现形式：一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是图（Map），存储键/值对映射。Collection接口又可以进一步细化为List、Set和Queue，根据各容器类的特性（无序、不重复、元素是否有序等）来具体选择实现类，在不改变代码逻辑的情况下进行转换，以便将不同类型的容器实例正确转换为目标类型。适配器模式（Adapter）适配器不是在详细设计时添加的，而是解决正在服役的项目的问题。可以让任何两个没有关联的类一起运行；提高了类的复用，增加了类的透明度；灵活性好。过多地使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。比如，明明看到调用的是A接口，其实内部被适配成了B接口的实现。有动机地修改一个正常运行的系统的接口，这时应该考虑使用适配器模式；两个类所做的事情相同或相似，但是具有不同接口时要用到；想使用一个已经存在的类，而它的接口不符合你的需求。适配器模式（Adapter）优点缺点使用场景注意事项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。主要解决实现系统可能有多个角度分类，每一种角度都可能变化。何时使用桥接模式（Bridge）要点三如何解决把这种多角度分类分离出来，让它们独立变化，减少它们之间耦合。要点一要点二关键代码抽象类依赖实现类。应用实例人吃动物和水果都可以，那就抽象一个人“吃”的行为；并实现吃动物和吃水果的动作；用JAVA语言实现电脑组装和销售的过程，由于部件很多这里只考虑电脑的两个核心部件CPU(中央处理器)和主板(MainBoard)，每个电脑主板都可以装很多CPU并且不同型号主板装的CPU也不相同。要点三桥接模式（Bridge）桥接模式（Bridge）优点：抽象和实现的分离；优秀的扩展能力；实现细节对客户透明。缺点：桥接模式的引入会增加系统的理解与设计难度，由于聚合关联关系建立在抽象层，要求开发者针对抽象进行设计与编程。使用场景：如果一个系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色之间增加更多的灵活性，避免在两个层次之间建立静态的继承联系，通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系；对于那些不希望使用继承或因为多层次继承导致系统类的个数急剧增加的系统，桥接模式尤为适用；一个类存在两个独立变化的维度，且这两个维度都需要进行扩展。注意事项：对于有两个独立维度需要变化的类型可以试用本模式，本模式使用继承关系让两个维度中的一个可以灵活变化，通过合成关系让另一个维度可以灵活变化。组合模式（Composite）意图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。何时使用你想表示对象的部分-整体层次结构（树形结构）。123树枝和叶子实现统一接口，树枝内部组合该接口。如何解决树枝内部组合该接口，并且含有子组件。关键代码如文件、文件夹的管理。文件夹里可以有文件也可以有文件夹，其结构就与组合模式类似。应用实例组合模式（Composite）组合模式（Composite）优点：高层模块调用简单；节点自由增加。缺点：在使用组合模式时，其叶子和枝干的声明都是实现类，而不是接口，违反了依赖倒置原则。使用场景05设计模式解析之行为型模式定义01观察者模式是一种行为设计模式，允许一个对象（被观察者）自动通知其依赖对象（观察者）状态发生改变，而无需明确指定它们之间的依赖关系。原理02被观察者维护一个观察者列表，当状态发生改变时，遍历列表并通知所有观察者。应用场景03GUI系统、事件处理系统、订阅-发布模型等。观察者模式（Observer）原理定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换。客户端通过调用不同策略的接口来实现不同的行为。应用场景排序算法、支付方式选择、路由算法等。定义策略模式是一种行为设计模式，允许在运行时根据客户端的请求动态改变对象的行为。策略模式（Strategy）03应用场景有限状态机、用户界面、网络协议等。01定义状态模式是一种行为设计模式，允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。02原理将对象的状态与行为绑定在一起，每个状态对应一组行为。当对象状态改变时，其行为也随之改变。状态模式（State）定义访问者模式是一种行为设计模式，允许你在不修改现有类的情况下增加新的操作。原理定义一个访问者接口，该接口包含对所有元素类型的访问操作。元素类实现一个接受访问者的方法，该方法调用访问者的相应操作。客户端通过创建具体访问者和遍历元素列表来执行操作。应用场景报表生成、文件遍历与操作、XML文档解析等。访问者模式（Visitor）06设计模式的优缺点与适用场景分析提高代码重用性设计模式提供了可重用的解决方案，能够减少代码量并提高代码重用性，降低维护成本。提高系统可维护性设计模式遵循面向对象的设计原则，能够提高系统的可维护性和可扩展性。提高系统稳定性通过设计模式的应用，能够减少系统中的错误和异常，提高系统的稳定性和可靠性。优点总结过度设计如果不恰当地应用设计模式，可能会导致过度设计，增加系统复杂性和开发成本。不适用于所有场景设