模式概念的核心原理與設(shè)計(jì)模式解析

$number{01}53模式概念的核心原理與設(shè)計(jì)模式解析2023-12-22匯報(bào)人：XXX目錄模式概念概述核心原理剖析設(shè)計(jì)模式解析之創(chuàng)建型模式設(shè)計(jì)模式解析之結(jié)構(gòu)型模式設(shè)計(jì)模式解析之行為型模式設(shè)計(jì)模式的優(yōu)缺點(diǎn)與適用場(chǎng)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(wèn)題的方案或模板，它描述了一個(gè)問(wèn)題及其解決方案的核心結(jié)構(gòu)和關(guān)系。模式定義根據(jù)模式的應(yīng)用領(lǐng)域和抽象層次，模式可分為設(shè)計(jì)模式、分析模式、架構(gòu)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(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作模式提供了一種通用的交流語(yǔ)言，有助于團(tuán)隊(duì)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(guò)驗(yàn)證的解決方案，遵循模式可以提高軟件的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性和可重用性。加快開(kāi)發(fā)速度模式提供了通用的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，可以減少開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)階段的思考和工作量。模式的發(fā)展趨勢(shì)建筑學(xué)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(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步和軟件復(fù)雜性的不斷增加，模式的應(yīng)用范圍和抽象層次也在不斷提高，未來(lái)模式將在更多領(lǐng)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(xué)領(lǐng)域，建筑師們通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和提煉共性，形成了一系列建筑設(shè)計(jì)模式。隨著軟件工程的不斷發(fā)展，人們開(kāi)始將模式引入到軟件開(kāi)發(fā)中，形成了軟件設(shè)計(jì)模式、分析模式和架構(gòu)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(lái)，形成一個(gè)獨(dú)立的模塊或組件，以便在不影響其他部分的情況下進(jìn)行修改和擴(kuò)展。通過(guò)封裝變化點(diǎn)，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(hù)性和可擴(kuò)展性。封裝變化點(diǎn)降低耦合度變化點(diǎn)封裝使用接口來(lái)定義對(duì)象之間的交互方式，而不依賴于具體的實(shí)現(xiàn)類。接口定義通過(guò)針對(duì)接口編程，可以實(shí)現(xiàn)代碼之間的解耦，使得代碼更加靈活，易于替換和擴(kuò)展。實(shí)現(xiàn)解耦針對(duì)接口編程而非實(shí)現(xiàn)組合優(yōu)勢(shì)組合是一種更為靈活和強(qiáng)大的代碼復(fù)用方式，可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地改變對(duì)象的行為。繼承局限過(guò)度使用繼承可能導(dǎo)致代碼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以理解和維護(hù)。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先考慮使用組合。多用組合少用繼承對(duì)修改關(guān)閉對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放開(kāi)閉原則軟件實(shí)體（類、模塊、函數(shù)等）應(yīng)該對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放，對(duì)修改關(guān)閉。即在不修改原有代碼的情況下，可以方便地?cái)U(kuò)展新的功能。擴(kuò)展方式通過(guò)添加新的模塊、組件或接口來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)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(hù)性。03設(shè)計(jì)模式解析之創(chuàng)建型模式單例模式（Singleton）02030104減少內(nèi)存開(kāi)銷，避免對(duì)同一資源的多重實(shí)例化。若系統(tǒng)需要多個(gè)實(shí)例時(shí)，單例模式無(wú)法滿足需求。確保一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)。配置管理、日志記錄等。定義優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景缺點(diǎn)定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景工廠方法模式（FactoryMethod）若系統(tǒng)中存在大量產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，工廠方法模式將導(dǎo)致系統(tǒng)類過(guò)多。需要根據(jù)不同條件創(chuàng)建不同對(duì)象時(shí)，如UI組件的創(chuàng)建。定義一個(gè)用于創(chuàng)建對(duì)象的接口，讓子類決定實(shí)例化哪一個(gè)類。工廠方法使一個(gè)類的實(shí)例化延遲到其子類。將對(duì)象的創(chuàng)建與使用分離，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。優(yōu)點(diǎn)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(hù)性和可擴(kuò)展性。定義提供一個(gè)接口，用于創(chuàng)建相關(guān)或依賴對(duì)象的家族，而不需要明確指定具體類。缺點(diǎn)若產(chǎn)品族中新增產(chǎn)品等級(jí)時(shí)，需要修改抽象工廠的接口及所有實(shí)現(xiàn)類。應(yīng)用場(chǎng)景需要?jiǎng)?chuàng)建一系列相關(guān)或互相依賴的對(duì)象時(shí)，如GUI中的按鈕和文本框。抽象工廠模式（AbstractFactory）定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)建造者模式（Builder）將一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的表示。若產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜時(shí)，建造者模式的實(shí)現(xiàn)將變得繁瑣。將復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建過(guò)程與表示分離，提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性。04設(shè)計(jì)模式解析之結(jié)構(gòu)型模式意圖將一個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另外一個(gè)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(duì)象"放到新的環(huán)境中，而新環(huán)境要求的接口是現(xiàn)對(duì)象不能滿足的。何時(shí)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(gè)可以重復(fù)使用的類，用于與一些彼此之間沒(méi)有太大關(guān)聯(lián)的一些類，包括一些可能在將來(lái)引進(jìn)的類一起工作。適配器模式（Adapter）如何解決：繼承或依賴（推薦）。關(guān)鍵代碼：適配器繼承或依賴已有的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)想要的目標(biāo)接口。應(yīng)用實(shí)例：美國(guó)電器110V，中國(guó)220V，就要有一個(gè)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(shí)就需要適配器模式。在LINUX上運(yùn)行WINDOWS程序；JAVA中的容器有List、Set、Map三種類型，實(shí)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(chǔ)一個(gè)元素集合，另一種是圖（Map），存儲(chǔ)鍵/值對(duì)映射。Collection接口又可以進(jìn)一步細(xì)化為L(zhǎng)ist、Set和Queue，根據(jù)各容器類的特性（無(wú)序、不重復(fù)、元素是否有序等）來(lái)具體選擇實(shí)現(xiàn)類，在不改變代碼邏輯的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便將不同類型的容器實(shí)例正確轉(zhuǎn)換為目標(biāo)類型。適配器模式（Adapter）適配器不是在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)添加的，而是解決正在服役的項(xiàng)目的問(wèn)題?？梢宰屓魏蝺蓚€(gè)沒(méi)有關(guān)聯(lián)的類一起運(yùn)行；提高了類的復(fù)用，增加了類的透明度；靈活性好。過(guò)多地使用適配器，會(huì)讓系統(tǒng)非常零亂，不易整體進(jìn)行把握。比如，明明看到調(diào)用的是A接口，其實(shí)內(nèi)部被適配成了B接口的實(shí)現(xiàn)。有動(dòng)機(jī)地修改一個(gè)正常運(yùn)行的系統(tǒng)的接口，這時(shí)應(yīng)該考慮使用適配器模式；兩個(gè)類所做的事情相同或相似，但是具有不同接口時(shí)要用到；想使用一個(gè)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(diǎn)缺點(diǎn)使用場(chǎng)景注意事項(xiàng)將抽象部分與實(shí)現(xiàn)部分分離，使它們都可以獨(dú)立地變化。意圖在有多種可能會(huì)變化的情況下，用繼承會(huì)造成類爆炸問(wèn)題，擴(kuò)展起來(lái)不靈活。主要解決實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可能有多個(gè)角度分類，每一種角度都可能變化。何時(shí)使用橋接模式（Bridge）要點(diǎn)三如何解決把這種多角度分類分離出來(lái)，讓它們獨(dú)立變化，減少它們之間耦合。要點(diǎn)一要點(diǎn)二關(guān)鍵代碼抽象類依賴實(shí)現(xiàn)類。應(yīng)用實(shí)例人吃動(dòng)物和水果都可以，那就抽象一個(gè)人“吃”的行為；并實(shí)現(xiàn)吃動(dòng)物和吃水果的動(dòng)作；用JAVA語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)電腦組裝和銷售的過(guò)程，由于部件很多這里只考慮電腦的兩個(gè)核心部件CPU(中央處理器)和主板(MainBoard)，每個(gè)電腦主板都可以裝很多CPU并且不同型號(hào)主板裝的CPU也不相同。要點(diǎn)三橋接模式（Bridge）橋接模式（Bridge）優(yōu)點(diǎn)：抽象和實(shí)現(xiàn)的分離；優(yōu)秀的擴(kuò)展能力；實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)客戶透明。缺點(diǎn)：橋接模式的引入會(huì)增加系統(tǒng)的理解與設(shè)計(jì)難度，由于聚合關(guān)聯(lián)關(guān)系建立在抽象層，要求開(kāi)發(fā)者針對(duì)抽象進(jìn)行設(shè)計(jì)與編程。使用場(chǎng)景：如果一個(gè)系統(tǒng)需要在構(gòu)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(gè)層次之間建立靜態(tài)的繼承聯(lián)系，通過(guò)橋接模式可以使它們?cè)诔橄髮咏⒁粋€(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系；對(duì)于那些不希望使用繼承或因?yàn)槎鄬哟卫^承導(dǎo)致系統(tǒng)類的個(gè)數(shù)急劇增加的系統(tǒng)，橋接模式尤為適用；一個(gè)類存在兩個(gè)獨(dú)立變化的維度，且這兩個(gè)維度都需要進(jìn)行擴(kuò)展。注意事項(xiàng)：對(duì)于有兩個(gè)獨(dú)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(guān)系讓兩個(gè)維度中的一個(gè)可以靈活變化，通過(guò)合成關(guān)系讓另一個(gè)維度可以靈活變化。組合模式（Composite）意圖將對(duì)象組合成樹(shù)形結(jié)構(gòu)以表示“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu)。Composite使得用戶對(duì)單個(gè)對(duì)象和復(fù)合對(duì)象的使用具有一致性。主要解決它在我們樹(shù)型結(jié)構(gòu)的問(wèn)題中，模糊了簡(jiǎn)單元素和復(fù)雜元素的概念，客戶程序可以像處理簡(jiǎn)單元素一樣來(lái)處理復(fù)雜元素,從而使得客戶程序與復(fù)雜元素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)解耦。何時(shí)使用你想表示對(duì)象的部分-整體層次結(jié)構(gòu)（樹(shù)形結(jié)構(gòu)）。123樹(shù)枝和葉子實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口，樹(shù)枝內(nèi)部組合該接口。如何解決樹(shù)枝內(nèi)部組合該接口，并且含有子組件。關(guān)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(gòu)就與組合模式類似。應(yīng)用實(shí)例組合模式（Composite）組合模式（Composite）優(yōu)點(diǎn)：高層模塊調(diào)用簡(jiǎn)單；節(jié)點(diǎn)自由增加。缺點(diǎn)：在使用組合模式時(shí)，其葉子和枝干的聲明都是實(shí)現(xiàn)類，而不是接口，違反了依賴倒置原則。使用場(chǎng)景05設(shè)計(jì)模式解析之行為型模式定義01觀察者模式是一種行為設(shè)計(jì)模式，允許一個(gè)對(duì)象（被觀察者）自動(dòng)通知其依賴對(duì)象（觀察者）狀態(tài)發(fā)生改變，而無(wú)需明確指定它們之間的依賴關(guān)系。原理02被觀察者維護(hù)一個(gè)觀察者列表，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，遍歷列表并通知所有觀察者。應(yīng)用場(chǎng)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(gè)算法封裝起來(lái)，使它們可以相互替換。客戶端通過(guò)調(diào)用不同策略的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的行為。應(yīng)用場(chǎng)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(shè)計(jì)模式，允許在運(yùn)行時(shí)根據(jù)客戶端的請(qǐng)求動(dòng)態(tài)改變對(duì)象的行為。策略模式（Strategy）03應(yīng)用場(chǎng)景有限狀態(tài)機(jī)、用戶界面、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。01定義狀態(tài)模式是一種行為設(shè)計(jì)模式，允許一個(gè)對(duì)象在其內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)改變它的行為。02原理將對(duì)象的狀態(tài)與行為綁定在一起，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)一組行為。當(dāng)對(duì)象狀態(tài)改變時(shí)，其行為也隨之改變。狀態(tài)模式（State）定義訪問(wèn)者模式是一種行為設(shè)計(jì)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(gè)訪問(wèn)者接口，該接口包含對(duì)所有元素類型的訪問(wèn)操作。元素類實(shí)現(xiàn)一個(gè)接受訪問(wèn)者的方法，該方法調(diào)用訪問(wèn)者的相應(yīng)操作?？蛻舳送ㄟ^(guò)創(chuàng)建具體訪問(wèn)者和遍歷元素列表來(lái)執(zhí)行操作。應(yīng)用場(chǎng)景報(bào)表生成、文件遍歷與操作、XML文檔解析等。訪問(wèn)者模式（Visitor）06設(shè)計(jì)模式的優(yōu)缺點(diǎn)與適用場(chǎng)景分析提高代碼重用性設(shè)計(jì)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(hù)成本。提高系統(tǒng)可維護(hù)性設(shè)計(jì)模式遵循面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則，能夠提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性通過(guò)設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用，能夠減少系統(tǒng)中的錯(cuò)誤和異常，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。優(yōu)點(diǎn)總結(jié)過(guò)度設(shè)計(jì)如果不恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用設(shè)計(jì)模式，可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)度設(shè)計(jì)，增加系統(tǒng)復(fù)雜性和開(kāi)發(fā)成本。不適用于所有場(chǎng)景設(shè)