設計模式概論

1. 設計模式

       設計模式（Design pattern）是一套被反復使用、多數人知曉的、經過分類編目的、代碼設計經驗的總結。使用設計模式是為了可重用代碼、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性。 毫無疑問，設計模式于己于他人于系統都是多贏的，設計模式使代碼編制真正工程化，設計模式是軟件工程的基石，如同大廈的一塊塊磚石一樣。
          模式的經典定義：每個模式都描述了一個在我們的環境中不斷出現的問題，然后描述了該問題的解決方案的核心，通過這種方式，我們可以無數次地重用那些已有的解決方案，無需再重復相同的工作。即模式是在特定環境中解決問題的一種方案 

2. 設計模式 目的

        其目的就是一方面教你如何利用真實可靠的設計來組織代碼的模板。 簡單地說，就是從前輩們在程序設計過程中總結、抽象出來的通用優秀經驗。主要目的一方面是為了增加程序的靈活性、可重用性。  另一方面也有助于程序設計的標準化和提高系統開發進度。

       也有人忠告：不要過于注重程序的“設計模式”。 有時候，寫一個簡單的算法，要比引入某種模式更容易。在多數情況下，程序代碼應是簡單易懂，甚至清潔工也能看懂。不過呢在大項目或者框架中，沒有設計模式來組織代碼，別人是不易理解的。

       一個軟件設計模型也僅僅只是一個引導。它必須根據程序設計語言和你的應用程序的特點和要求而特別的設計。

3. 設計模式歷史

      設計模式”這個術語最初被設計用于建筑學領域。Christopher Alexander 在他1977的著作“A Pattern Language :Towns/Building/Construction”里面描述了一些常見的建筑學設計問題，并解釋了如何用這些已有的，著名的模式集合來開始全新 的有效的設計。Alexander的觀點被很好的轉化到軟件開發上來，并且長期的合意的用原有的組件來構造新的解決方案。

4. 設計模式的四個基本要素

        設計模式使人們可以更加簡單方便地復用成功的設計和體系結構。將已證實的技術表述成設計模式也會使新系統開發者更加容易理解其設計思路。

         所有的設計模式都有一些常用的特性：一個標識（a pattern name），一個問題陳述（a problem statement）和一個解決方案(a solution)，效果(consequences)

    模式名稱（pattern name）： 描述模式的問題、解決方案和效果

       一個設計模式的標識（模式名稱）是重要的，因為它會讓其他的程序員不用進行太深入的學習就能立刻理解你的代碼的目的（至少通過這個標識程序員會很熟悉這個模式）。沒有這個模式名，我們便無法與其他人交流設計思想及設計結果。

       問題(problem)  ：描述是用來說明這個模式的應用的領域。

        描述了應該在何時使用模式。它解釋了設計問題和問題存在的前因后果，它可能描述了特定的設計問題，如怎樣用對象表示算法等。也可能描述了導致不靈活設計的類或對象結構。有時候，問題部分會包括使用模式必須滿足的一系列先決條件。

       解決方案(solution) ： 描述了這個模型的執行。
       描述了設計的組成成分，它們之間的相互關系及各自的職責和協作方式。因為模式就像一個模板，可應用于多種不同場合，所以解決方案并不描述一個特定而具體的設計或實現，而是提供設計問題的抽象描述和怎樣用一個具有一般意義的元素組合（類或對象組合）來解決這個問題。

       效果(consequences)

       描述了模式應用的效果及使用模式應權衡的問題。盡管我們描述設計決策時，并不總提到模式效果，但它們對于評價設計選擇和理解使用模式的代價及好處具有重要意義。軟件效果大多關注對時間和空間的衡量，它們也表述了語言和實現問題。因為復用是面向對象設計的要素之一，所以模式效果包括它對系統的靈活性、擴充性或可移植性的影響，顯式地列出這些效果對理解和評價這些模式很有幫助。一個好的設計模式的論述應該覆蓋使用這個模型的優點和缺點。

       一個模式是解決特定問題的有效方法。一個設計模式不是一個庫（能在你的項目中直接包含和使用的代碼庫）而是一個用來組織你的代碼的模板（Java bean）。事實上，一個代碼庫和一個設計模式在應用上是有很多不同的。

      比如，你從店鋪里面買的一件襯衫是一個代碼庫，它的顏色，樣式和大小都由設計師和廠商決定，但它滿足了你的需求。 然而，如果店里面沒有什么衣服適合你，那你就能自己創建自己的襯衫（設計它的形狀，選擇布料，然后裁縫在一起）。但是如果你不是一個裁縫，你可能會發現自 己很容易的去找一個合適的模式然后按著這個模式去設計自己的襯衫。使用一個模型，你可以在更少的時間內得到一個熟練設計的襯衫。

      回到討論軟件上來，一個數據提取層或者一個CMS（content management system）就是一個庫——它是先前設計好而且已經編碼好了的，如果它能準確的滿足你的需要那它就是一個好的選擇。但如果你正在讀這本書《設計模式》，可能你會發現 庫存的（原有的）解決方案并不是總是對你有效。至今你知道什么是你所要的，而且你能夠實現它，你僅僅需要一個模型來引導你。

     最后一個想法：就象一個裁縫模型，一個設計本身而言是沒有什么用處的。畢竟，你不可能穿一個服裝模型——它僅僅是由很薄的紙拼湊起來的。類似的，一個軟件設計模型也僅僅只是一個引導。它必須根據程序設計語言和你的應用程序的特點和要求而特別的設計。

3. 設計模式分類

        1）根據其目的（模式是用來做什么的）可分為創建型(Creational)，結構型(Structural)和行為型(Behavioral)三種：
         ? 創建型模式主要用于創建對象。
         ? 結構型模式主要用于處理類或對象的組合。
         ? 行為型模式主要用于描述對類或對象怎樣交互和怎樣分配職責。

       2）根據范圍，即模式主要是用于處理類之間關系還是處理對象之間的關系，可分為類模式和對象模式兩種：

        ? 類模式： 處理類和子類之間的關系，這些關系通過繼承建立，在編譯時刻就被確定下來，是屬于靜態的。

        ? 對象模式：處理對象間的關系，這些關系在運行時刻變化，更具動態性。 

4. 一些基本的設計模式 （百度百科）

         Abstract Factory（抽象工廠模式）：提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的接口，而無需指定它們具體的類。　　Adapter（適配器模式）：將一個類的接口轉換成客戶希望的另外一個接口。A d a p t e r模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些類可以一起工作。　　Bridge（橋接模式）：將抽象部分與它的實現部分分離，使它們都可以獨立地變化。　　Builder（建造者模式）：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建不同的表示。　　Chain of Responsibility 職責鏈：為解除請求的發送者和接收者之間耦合，而使多個對象都有機會處理這個請求。將這些對象連成一條鏈，并沿著這條鏈傳遞該請求，直到有一個對象處理它。　　Command（命令模式）：將一個請求封裝為一個對象，從而使你可用不同的請求對客戶進行參數化；對請求排隊或記錄請求日志，以及支持可取消的操作。　　Composite 組合模式：將對象組合成樹形結構以表示“部分-整體”的層次結構。它使得客戶對單個對象和復合對象的使用具有一致性。　　Decorator 裝飾器：動態地給一個對象添加一些額外的職責。就擴展功能而言， 它比生成子類方式更為靈活。　　Facade（外觀模式）：為子系統中的一組接口提供一個一致的界面， F a c a d e模式定義了一個高層接口，這個接口使得這一子系統更加容易使用。　　Factory Method 工廠方法：定義一個用于創建對象的接口，讓子類決定將哪一個類實例化。Factory Method使一個類的實例化延遲到其子類。　　Flyweight（享元模式）：運用共享技術有效地支持大量細粒度的對象。　　Interpreter（Interpreter模式）：給定一個語言, 定義它的文法的一種表示，并定義一個解釋器, 該解釋器使用該表示來解釋語言中的句子。　　Iterator 迭代器：提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素, 而又不需暴露該對象的內部表示。　　Mediator 中介者：用一個中介對象來封裝一系列的對象交互。中介者使各對象不需要顯式地相互引用，從而使其耦合松散，而且可以獨立地改變它們之間的交互。　　Memento（備忘錄模式）：在不破壞封裝性的前提下，捕獲一個對象的內部狀態，并在該對象之外保存這個狀態。這樣以后就可將該對象恢復到保存的狀態。　　Observer（觀察者模式）：定義對象間的一種一對多的依賴關系,以便當一個對象的狀態發生改變時,所有依賴于它的對象都得到通知并自動刷新。　　Prototype（原型模式）：用原型實例指定創建對象的種類，并且通過拷貝這個原型來創建新的對象。　　Proxy（代理模式）：為其他對象提供一個代理以控制對這個對象的訪問。　　Singleton（單例模式）：保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。　　State（狀態）：允許一個對象在其內部狀態改變時改變它的行為。對象看起來似乎修改了它所屬的類。　　Strategy（策略模式）：定義一系列的算法,把它們一個個封裝起來, 并且使它們可相互替換。本模式使得算法的變化可獨立于使用它的客戶。　　Template Method 模板方法：定義一個操作中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。Template Method使得子類可以不改變一個算法的結構即可重定義該算法的某些特定步驟。　　Visitor（訪問者模式）：表示一個作用于某對象結構中的各元素的操作。它使你可以在不改變各元素的類的前提下定義作用于這些元素的新操作。

5. 設計模式六大原則

     1）設計模式的核心原則是:"開–閉"原則(  Open – ClosedPrinciple 縮寫:OCP  )：對擴展開放，對修改關閉

     意思是,在一個系統中,對于擴展是開放的,對于修改是關閉的,一個好的系統是在不修改源代碼的情況下,可以擴展你的功能..而實現開閉原則的關鍵就是抽象化.

        通過擴展已有軟件系統，可以提供新的行為，以滿足對軟件的新的需求，使變化中的軟件有一定的適應性和靈活性。已有軟件模塊，特別是最重要的抽象層模塊不能再修改，這使變化中的軟件系統有一定的穩定性和延續性。
        在"開-閉"原則中,不允許修改的是抽象的類或者接口,允許擴展的是具體的實現類,抽象類和接口在"開-閉"原則中扮演著極其重要的角色..即要預知可能變化的需求.又預見所有可能已知的擴展..所以在這里"抽象化"是關鍵!!!

      可變性的封閉原則:找到系統的可變因素,將它封裝起來..這是對"開-閉"原則最好的實現..不要把你的可變因素放在多個類中,或者散落在程序的各個角落..你應該將可變的因素,封套起來..并且切忌不要把所用的可變因素封套在一起..最好的解決辦法是,分塊封套你的可變因素!!避免超大類,超長類,超長方法的出現!!給你的程序增加藝術氣息,將程序藝術化是我們的目標!!

     2） 里氏代換原則:任何基類可以出現的地方,子類也可以出現

      Liskov Substitution Principle（里氏代換原則）：子類能夠必須能夠替換基類能夠從出現的地方。子類也能在基類 的基礎上新增行為。這yi講的是基類和子類的關系，只有這種關系存在時，里氏代換原則才存在。正方形是長方形是理解里氏代換原則的經典例子。

     3） 依賴倒轉原則:：要依賴抽象,而不要依賴具體的實現.

      依賴倒置（Dependence Inversion Principle）原則講的是：要依賴于抽象，不要依賴于具體。簡單的說，依賴倒置原則要求客戶端依賴于抽象耦合。原則表述：

     （1）抽象不應當依賴于細節；細節應當依賴于抽象；
      （2）要針對接口編程，不針對實現編程。

     如果說開閉原則是目標,依賴倒轉原則是到達"開閉"原則的手段..如果要達到最好的"開閉"原則,就要盡量的遵守依賴倒轉原則..可以說依賴倒轉原則是對"抽象化"的最好規范!!我個人感覺,依賴倒轉原則也是里氏代換原則的補充..你理解了里氏代換原則,再來理解依賴倒轉原則應該是很容易的..
  

     4）合成/聚合復用原則（CARP）:要盡量使用合成/聚合原則,而不是繼承關系達到軟件復用的目的

        合成/聚合復用原則（Composite/Aggregate ReusePrinciple或CARP）經常又叫做合成復用原則（Composite ReusePrinciple或CRP），就是在一個新的對象里面使用一些已有的對象，使之成為新對象的一部分；新對象通過向這些對象的委派達到復用已有功能的目的。簡而言之，要盡量使用合成/聚合，盡量不要使用繼承。

        要盡量使用合成/聚合原則,而不是繼承關系達到軟件復用的目的。此原則和里氏代換原則氏相輔相成的,兩者都是具體實現"開-閉"原則的規范..違反這一原則:就無法實現"開-閉"原則..先來看看什么是合成,什么是聚合.

     什么是合成?
     合成:是指一個整體對依托他而存在的關系,例如:一個人對他的房子和家具,其中他的房子和家具是不能被共享的,因為那些東西都是他自己的..并且人沒了,這個也關系就沒了..這個例子就好像,烏雞百鳳丸這個產品,它是有烏雞和上等藥材合成而來的一樣..也比如網絡游戲中的武器裝備合成一樣,多種東西合并為一種超強的東西一樣..
      什么是聚合?
     聚合:聚合是比合成關系的一種更強的依賴關系,聚合是一個整體對個體的部分,例如,一個奔馳S360汽車,對奔馳S360引擎,奔馳S360輪胎的關系..這些關系就是帶有聚合性質的..因為奔馳S360引擎和奔馳S360輪胎他們只能被奔馳S360汽車所用,離開了奔馳S360汽車,它們就失去了存在的意義..在我們的設計中,這樣的關系不應該頻繁出現..這樣會增大設計的耦合度..
      明白了合成和聚合關系,再來理解合成/聚合原則應該就清楚了..要避免在系統設計中出現,一個類的繼承層次超過3次..如果這樣的話,可以考慮重構你的代碼,或者重新設計結構..當然最好的辦法就是考慮使用合成/聚合原則…

      5）迪米特法則:系統中的類,盡量不要與其他類互相作用,減少類之間的耦合度

         迪米特法則（Law of Demeter或簡寫LoD）又叫最少知識原則（Least Knowledge Principle或簡寫為LKP），也就是說，一個對象應當對其它對象有盡可能少的了解。

        其它表述：只與你直接的朋友們通信，不要跟"陌生人"說話。一個類應該對自己需要耦合或調用的類知道得最少，你（被耦合或調用的類）的內部是如何復雜都和我沒關系，那是你的事情，我就知道你提供的public方法，我就調用這么多，其他的一概不關心。

        迪米特法則與設計模式Facade模式、Mediator模式使民無知

        系統中的類,盡量不要與其他類互相作用,減少類之間的耦合度,因為在你的系統中,擴展的時候,你可能需要修改這些類,而類與類之間的關系,決定了修改的復雜度,相互作用越多,則修改難度就越大,反之,如果相互作用的越小,則修改起來的難度就越小..例如A類依賴B類,則B類依賴C類,當你在修改A類的時候,你要考慮B類是否會受到影響,而B類的影響是否又會影響到C類..如果此時C類再依賴D類的話,呵呵,我想這樣的修改有的受了..

     6）接口隔離法則:這個法則與迪米特法則是相通的

     接口隔離原則（Interface Segregation Principle）講的是：使用多個專門的接口比使用單一的總接口總要好。換而言之，從一個客戶類的角度來講：一個類對另外一個類的依賴性應當是建立在最小接口上的。

過于臃腫的接口是對接口的污染。不應該強迫客戶依賴于它們不用的方法。

    迪米特法則是目的,而接口隔離法則是對迪米特法則的規范..為了做到盡可能小的耦合性,我們需要使用接口來規范類,用接口來約束類.要達到迪米特法則的要求,最好就是實現接口隔離法則,實現接口隔離法則,你也就滿足了迪米特法則…

6. 總結  

       設計模式是從許多優秀的軟件系統中總結出的成功的、能夠實現可維護性復用的設計方案，使用這些方案將避免我們做一些重復性的工作，而且可以設計出高質量的軟件系統。

       設計模式的主要優點如下：

        1）設計模式融合了眾多專家的經驗，并以一種標準的形式供廣大開發人員所用，它提供了一套通用的設計詞匯和一種通用的語言以方便開發人員之間溝通和交流，使得設計方案更加通俗易懂。對于使用不同編程語言的開發和設計人員可以通過設計模式來交流系統設計方案，每一個模式都對應一個標準的解決方案，設計模式可以降低開發人員理解系統的復雜度。

        2）設計模式使人們可以更加簡單方便地復用成功的設計和體系結構，將已證實的技術表述成設計模式也會使新系統開發者更加容易理解其設計思路。設計模式使得重用成功的設計更加容易，并避免那些導致不可重用的設計方案。

        3）設計模式使得設計方案更加靈活，且易于修改。

        4）設計模式的使用將提高軟件系統的開發效率和軟件質量，且在一定程度上節約設計成本。

        5）設計模式有助于初學者更深入地理解面向對象思想，一方面可以幫助初學者更加方便地閱讀和學習現有類庫與其他系統中的源代碼，另一方面還可以提高軟件的設計水平和代碼質量。

        設計模式不是學出來的，是用出來的。為了學習設計模式而學習，效果可能不是很好。一般框架都會使用設計模式。如PHP 的ZF用來很多設計模式，框架里面的類名或者目錄名，都以某種設計模式的名稱命名，這樣大家一看到這個類名或者文件名，就知道它的代碼組織結構了。如果精通了語言,剩下的編碼自然是很簡單,隨著編碼經驗積累,對設計模式和原則的理解也就越透徹，其過程就是山窮水復疑無路，而結果柳暗花明又一村。

        另外需要注意，熟練模式后，切勿因模式二去模式。如果像著名數學家華羅庚談到讀書的三個境界所說，“讀書是由薄到厚，再由厚到薄的過程”。說明你練到家了。

轉自：http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7496819