模式概念的核心原理與設計模式解析

$number{01}53模式概念的核心原理與設計模式解析2023-12-22匯報人：XXX目錄模式概念概述核心原理剖析設計模式解析之創(chuàng)建型模式設計模式解析之結(jié)構型模式設計模式解析之行為型模式設計模式的優(yōu)缺點與適用場景分析01模式概念概述模式是指在特定環(huán)境下解決某一類問題的方案或模板，它描述了一個問題及其解決方案的核心結(jié)構和關系。模式定義根據(jù)模式的應用領域和抽象層次，模式可分為設計模式、分析模式、架構模式等。模式分類模式的定義與分類123模式在軟件工程中的重要性促進團隊協(xié)作模式提供了一種通用的交流語言，有助于團隊成員之間的溝通和協(xié)作。提高軟件質(zhì)量模式提供了經(jīng)過驗證的解決方案，遵循模式可以提高軟件的可維護性、可擴展性和可重用性。加快開發(fā)速度模式提供了通用的設計思路和實現(xiàn)方法，可以減少開發(fā)人員在設計和實現(xiàn)階段的思考和工作量。模式的發(fā)展趨勢建筑學中的模式軟件工程中的模式模式的起源與發(fā)展隨著軟件開發(fā)技術的不斷進步和軟件復雜性的不斷增加，模式的應用范圍和抽象層次也在不斷提高，未來模式將在更多領域和更高層次上發(fā)揮作用。模式的起源可以追溯到建筑學領域，建筑師們通過總結(jié)經(jīng)驗和提煉共性，形成了一系列建筑設計模式。隨著軟件工程的不斷發(fā)展，人們開始將模式引入到軟件開發(fā)中，形成了軟件設計模式、分析模式和架構模式等。02核心原理剖析將系統(tǒng)中經(jīng)常變化的部分封裝起來，形成一個獨立的模塊或組件，以便在不影響其他部分的情況下進行修改和擴展。通過封裝變化點，可以降低系統(tǒng)各部分之間的耦合度，提高系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。封裝變化點降低耦合度變化點封裝使用接口來定義對象之間的交互方式，而不依賴于具體的實現(xiàn)類。接口定義通過針對接口編程，可以實現(xiàn)代碼之間的解耦，使得代碼更加靈活，易于替換和擴展。實現(xiàn)解耦針對接口編程而非實現(xiàn)組合優(yōu)勢組合是一種更為靈活和強大的代碼復用方式，可以在運行時動態(tài)地改變對象的行為。繼承局限過度使用繼承可能導致代碼結(jié)構復雜，難以理解和維護。因此，在設計中應優(yōu)先考慮使用組合。多用組合少用繼承對修改關閉對擴展開放開閉原則軟件實體（類、模塊、函數(shù)等）應該對擴展開放，對修改關閉。即在不修改原有代碼的情況下，可以方便地擴展新的功能。擴展方式通過添加新的模塊、組件或接口來實現(xiàn)功能的擴展，而不是直接修改現(xiàn)有的代碼。這樣可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護性。03設計模式解析之創(chuàng)建型模式單例模式（Singleton）02030104減少內(nèi)存開銷，避免對同一資源的多重實例化。若系統(tǒng)需要多個實例時，單例模式無法滿足需求。確保一個類僅有一個實例，并提供一個全局訪問點。配置管理、日志記錄等。定義優(yōu)點應用場景缺點定義優(yōu)點缺點應用場景工廠方法模式（FactoryMethod）若系統(tǒng)中存在大量產(chǎn)品等級結(jié)構時，工廠方法模式將導致系統(tǒng)類過多。需要根據(jù)不同條件創(chuàng)建不同對象時，如UI組件的創(chuàng)建。定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。工廠方法使一個類的實例化延遲到其子類。將對象的創(chuàng)建與使用分離，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。優(yōu)點降低客戶端與具體產(chǎn)品類的耦合度，提高系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。定義提供一個接口，用于創(chuàng)建相關或依賴對象的家族，而不需要明確指定具體類。缺點若產(chǎn)品族中新增產(chǎn)品等級時，需要修改抽象工廠的接口及所有實現(xiàn)類。應用場景需要創(chuàng)建一系列相關或互相依賴的對象時，如GUI中的按鈕和文本框。抽象工廠模式（AbstractFactory）定義優(yōu)點缺點建造者模式（Builder）將一個復雜對象的構建與它的表示分離，使得同樣的構建過程可以創(chuàng)建不同的表示。若產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構過于復雜時，建造者模式的實現(xiàn)將變得繁瑣。將復雜對象的構建過程與表示分離，提高了代碼的可讀性和可維護性。04設計模式解析之結(jié)構型模式意圖將一個類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另外一個接口。Adapter模式使得原本由于接口或類不兼容而不能一起工作的那些類可以一起工作。主要解決在軟件系統(tǒng)中，常常要將一些"現(xiàn)存的對象"放到新的環(huán)境中，而新環(huán)境要求的接口是現(xiàn)對象不能滿足的。何時使用系統(tǒng)需要使用現(xiàn)有的類，而此類的接口不符合系統(tǒng)的需要；想要建立一個可以重復使用的類，用于與一些彼此之間沒有太大關聯(lián)的一些類，包括一些可能在將來引進的類一起工作。適配器模式（Adapter）如何解決：繼承或依賴（推薦）。關鍵代碼：適配器繼承或依賴已有的對象，實現(xiàn)想要的目標接口。應用實例：美國電器110V，中國220V，就要有一個適配器將110V轉(zhuǎn)化為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，則需要將以前系統(tǒng)的Enumeration接口轉(zhuǎn)化為Iterator接口，這時就需要適配器模式。在LINUX上運行WINDOWS程序；JAVA中的容器有List、Set、Map三種類型，實際上三種容器最終劃分為二種表現(xiàn)形式：一種是集合（Collection），存儲一個元素集合，另一種是圖（Map），存儲鍵/值對映射。Collection接口又可以進一步細化為List、Set和Queue，根據(jù)各容器類的特性（無序、不重復、元素是否有序等）來具體選擇實現(xiàn)類，在不改變代碼邏輯的情況下進行轉(zhuǎn)換，以便將不同類型的容器實例正確轉(zhuǎn)換為目標類型。適配器模式（Adapter）適配器不是在詳細設計時添加的，而是解決正在服役的項目的問題?？梢宰屓魏蝺蓚€沒有關聯(lián)的類一起運行；提高了類的復用，增加了類的透明度；靈活性好。過多地使用適配器，會讓系統(tǒng)非常零亂，不易整體進行把握。比如，明明看到調(diào)用的是A接口，其實內(nèi)部被適配成了B接口的實現(xiàn)。有動機地修改一個正常運行的系統(tǒng)的接口，這時應該考慮使用適配器模式；兩個類所做的事情相同或相似，但是具有不同接口時要用到；想使用一個已經(jīng)存在的類，而它的接口不符合你的需求。適配器模式（Adapter）優(yōu)點缺點使用場景注意事項將抽象部分與實現(xiàn)部分分離，使它們都可以獨立地變化。意圖在有多種可能會變化的情況下，用繼承會造成類爆炸問題，擴展起來不靈活。主要解決實現(xiàn)系統(tǒng)可能有多個角度分類，每一種角度都可能變化。何時使用橋接模式（Bridge）要點三如何解決把這種多角度分類分離出來，讓它們獨立變化，減少它們之間耦合。要點一要點二關鍵代碼抽象類依賴實現(xiàn)類。應用實例人吃動物和水果都可以，那就抽象一個人“吃”的行為；并實現(xiàn)吃動物和吃水果的動作；用JAVA語言實現(xiàn)電腦組裝和銷售的過程，由于部件很多這里只考慮電腦的兩個核心部件CPU(中央處理器)和主板(MainBoard)，每個電腦主板都可以裝很多CPU并且不同型號主板裝的CPU也不相同。要點三橋接模式（Bridge）橋接模式（Bridge）優(yōu)點：抽象和實現(xiàn)的分離；優(yōu)秀的擴展能力；實現(xiàn)細節(jié)對客戶透明。缺點：橋接模式的引入會增加系統(tǒng)的理解與設計難度，由于聚合關聯(lián)關系建立在抽象層，要求開發(fā)者針對抽象進行設計與編程。使用場景：如果一個系統(tǒng)需要在構件的抽象化角色和具體化角色之間增加更多的靈活性，避免在兩個層次之間建立靜態(tài)的繼承聯(lián)系，通過橋接模式可以使它們在抽象層建立一個關聯(lián)關系；對于那些不希望使用繼承或因為多層次繼承導致系統(tǒng)類的個數(shù)急劇增加的系統(tǒng)，橋接模式尤為適用；一個類存在兩個獨立變化的維度，且這兩個維度都需要進行擴展。注意事項：對于有兩個獨立維度需要變化的類型可以試用本模式，本模式使用繼承關系讓兩個維度中的一個可以靈活變化，通過合成關系讓另一個維度可以靈活變化。組合模式（Composite）意圖將對象組合成樹形結(jié)構以表示“部分-整體”的層次結(jié)構。Composite使得用戶對單個對象和復合對象的使用具有一致性。主要解決它在我們樹型結(jié)構的問題中，模糊了簡單元素和復雜元素的概念，客戶程序可以像處理簡單元素一樣來處理復雜元素,從而使得客戶程序與復雜元素的內(nèi)部結(jié)構解耦。何時使用你想表示對象的部分-整體層次結(jié)構（樹形結(jié)構）。123樹枝和葉子實現(xiàn)統(tǒng)一接口，樹枝內(nèi)部組合該接口。如何解決樹枝內(nèi)部組合該接口，并且含有子組件。關鍵代碼如文件、文件夾的管理。文件夾里可以有文件也可以有文件夾，其結(jié)構就與組合模式類似。應用實例組合模式（Composite）組合模式（Composite）優(yōu)點：高層模塊調(diào)用簡單；節(jié)點自由增加。缺點：在使用組合模式時，其葉子和枝干的聲明都是實現(xiàn)類，而不是接口，違反了依賴倒置原則。使用場景05設計模式解析之行為型模式定義01觀察者模式是一種行為設計模式，允許一個對象（被觀察者）自動通知其依賴對象（觀察者）狀態(tài)發(fā)生改變，而無需明確指定它們之間的依賴關系。原理02被觀察者維護一個觀察者列表，當狀態(tài)發(fā)生改變時，遍歷列表并通知所有觀察者。應用場景03GUI系統(tǒng)、事件處理系統(tǒng)、訂閱-發(fā)布模型等。觀察者模式（Observer）原理定義一系列算法，并將每個算法封裝起來，使它們可以相互替換?？蛻舳送ㄟ^調(diào)用不同策略的接口來實現(xiàn)不同的行為。應用場景排序算法、支付方式選擇、路由算法等。定義策略模式是一種行為設計模式，允許在運行時根據(jù)客戶端的請求動態(tài)改變對象的行為。策略模式（Strategy）03應用場景有限狀態(tài)機、用戶界面、網(wǎng)絡協(xié)議等。01定義狀態(tài)模式是一種行為設計模式，允許一個對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時改變它的行為。02原理將對象的狀態(tài)與行為綁定在一起，每個狀態(tài)對應一組行為。當對象狀態(tài)改變時，其行為也隨之改變。狀態(tài)模式（State）定義訪問者模式是一種行為設計模式，允許你在不修改現(xiàn)有類的情況下增加新的操作。原理定義一個訪問者接口，該接口包含對所有元素類型的訪問操作。元素類實現(xiàn)一個接受訪問者的方法，該方法調(diào)用訪問者的相應操作?？蛻舳送ㄟ^創(chuàng)建具體訪問者和遍歷元素列表來執(zhí)行操作。應用場景報表生成、文件遍歷與操作、XML文檔解析等。訪問者模式（Visitor）06設計模式的優(yōu)缺點與適用場景分析提高代碼重用性設計模式提供了可重用的解決方案，能夠減少代碼量并提高代碼重用性，降低維護成本。提高系統(tǒng)可維護性設計模式遵循面向?qū)ο蟮脑O計原則，能夠提高系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性通過設計模式的應用，能夠減少系統(tǒng)中的錯誤和異常，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。優(yōu)點總結(jié)過度設計如果不恰當?shù)貞迷O計模式，可能會導致過度設計，增加系統(tǒng)復雜性和開發(fā)成本。不適用于所有場景設