架构师训练营第 03 周——总结

用户头像
李伟
关注
发布于: 2020 年 06 月 24 日
架构师训练营第 03 周——总结

设计模式

定义:一种可重复使用的解决方案。

四要素:名称、待解问题、解决方案、结论

分类:创建模式、结构模式、行为模式



工厂模式

意图:定义一个创建对象的接口,让其子类自己决定实例化哪一个工厂类,工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。

主要解决:主要解决接口选择的问题。

何时使用:我们明确地计划不同条件下创建不同实例时。

如何解决:让其子类实现工厂接口,返回的也是一个抽象的产品。

关键代码:创建过程在其子类执行。

应用实例

  1. 您需要一辆汽车,可以直接从工厂里面提货,而不用去管这辆汽车是怎么做出来的,以及这个汽车里面的具体实现。

  2. Hibernate 换数据库只需换方言和驱动就可以。

优点

  1. 一个调用者想创建一个对象,只要知道其名称就可以了。

  2. 扩展性高,如果想增加一个产品,只要扩展一个工厂类就可以。

  3. 屏蔽产品的具体实现,调用者只关心产品的接口。

缺点:每次增加一个产品时,都需要增加一个具体类和对象实现工厂,使得系统中类的个数成倍增加,在一定程度上增加了系统的复杂度,同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。

使用场景

  1. 日志记录器:记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等,用户可以选择记录日志到什么地方。

  2. 数据库访问,当用户不知道最后系统采用哪一类数据库,以及数据库可能有变化时。

  3. 设计一个连接服务器的框架,需要三个协议,"POP3"、"IMAP"、"HTTP",可以把这三个作为产品类,共同实现一个接口。

注意事项:作为一种创建类模式,在任何需要生成复杂对象的地方,都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式,而简单对象,特别是只需要通过 new 就可以完成创建的对象,无需使用工厂模式。如果使用工厂模式,就需要引入一个工厂类,会增加系统的复杂度。



单例模式

意图:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。

主要解决:一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

何时使用:当您想控制实例数目,节省系统资源的时候。

如何解决:判断系统是否已经有这个单例,如果有则返回,如果没有则创建。

关键代码:构造函数是私有的。

应用实例

  1. 一个班级只有一个班主任。

  2. Windows 是多进程多线程的,在操作一个文件的时候,就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象,所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。

  3. 一些设备管理器常常设计为单例模式,比如一个电脑有两台打印机,在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。

优点

  1. 在内存里只有一个实例,减少了内存的开销,尤其是频繁的创建和销毁实例(比如管理学院首页页面缓存)。

  2. 避免对资源的多重占用(比如写文件操作)。

缺点:没有接口,不能继承,与单一职责原则冲突,一个类应该只关心内部逻辑,而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景

  1. 要求生产唯一序列号。

  2. WEB 中的计数器,不用每次刷新都在数据库里加一次,用单例先缓存起来。

  3. 创建的一个对象需要消耗的资源过多,比如 I/O 与数据库的连接等。

注意事项:getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。



适配器模式

意图:将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。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。

主要解决: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:

  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。)

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:

  1. 美国电器 110V,中国 220V,就要有一个适配器将 110V 转化为 220V。

  2. JAVA JDK 1.1 提供了 Enumeration 接口,而在 1.2 中提供了 Iterator 接口,想要使用 1.2 的 JDK,则要将以前系统的 Enumeration 接口转化为 Iterator 接口,这时就需要适配器模式。

  3. 在 LINUX 上运行 WINDOWS 程序。

  4. JAVA 中的 JDBC。

优点:

  1. 可以让任何两个没有关联的类一起运行。

  2. 提高了类的复用。

  3. 增加了类的透明度。

  4. 灵活性好。

缺点:

  1. 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,一个系统如果太多出现这种情况,无异于一场灾难。因此如果不是很有必要,可以不使用适配器,而是直接对系统进行重构。

  2. 由于 JAVA 至多继承一个类,所以至多只能适配一个适配者类,而且目标类必须是抽象类。

使用场景: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。

注意事项: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。



模板方法模式

意图:定义一个操作中的算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

主要解决:一些方法通用,却在每一个子类都重新写了这一方法。

何时使用:有一些通用的方法。

如何解决:将这些通用算法抽象出来。

关键代码:在抽象类实现,其他步骤在子类实现。

应用实例:

  1. 在造房子的时候,地基、走线、水管都一样,只有在建筑的后期才有加壁橱加栅栏等差异。

  2. 西游记里面菩萨定好的 81 难,这就是一个顶层的逻辑骨架。

  3. spring 中对 Hibernate 的支持,将一些已经定好的方法封装起来,比如开启事务、获取 Session、关闭 Session 等,程序员不重复写那些已经规范好的代码,直接丢一个实体就可以保存。

优点:

  1. 封装不变部分,扩展可变部分。

  2. 提取公共代码,便于维护。

  3. 行为由父类控制,子类实现。

缺点:每一个不同的实现都需要一个子类来实现,导致类的个数增加,使得系统更加庞大。

使用场景:

  1. 有多个子类共有的方法,且逻辑相同。

  2. 重要的、复杂的方法,可以考虑作为模板方法。

注意事项:为防止恶意操作,一般模板方法都加上 final 关键词。



策略模式

意图: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。

主要解决:在有多种算法相似的情况下,使用 if...else 所带来的复杂和难以维护。

何时使用:一个系统有许多许多类,而区分它们的只是他们直接的行为。

如何解决:将这些算法封装成一个一个的类,任意地替换。

关键代码:实现同一个接口。

应用实例:

  1. 诸葛亮的锦囊妙计,每一个锦囊就是一个策略。

  2. 旅行的出游方式,选择骑自行车、坐汽车,每一种旅行方式都是一个策略。

  3. JAVA AWT 中的 LayoutManager。

优点:

  1. 算法可以自由切换。

  2. 避免使用多重条件判断。

  3. 扩展性良好。

缺点:

  1. 策略类会增多。

  2. 所有策略类都需要对外暴露。

使用场景:

  1. 如果在一个系统里面有许多类,它们之间的区别仅在于它们的行为,那么使用策略模式可以动态地让一个对象在许多行为中选择一种行为。

  2. 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种。

  3. 如果一个对象有很多的行为,如果不用恰当的模式,这些行为就只好使用多重的条件选择语句来实现。

注意事项:如果一个系统的策略多于四个,就需要考虑使用混合模式,解决策略类膨胀的问题。



组合模式

意图:将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组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:

  1. 您想表示对象的部分-整体层次结构(树形结构)。

  2. 您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。

如何解决:树枝和叶子实现统一接口,树枝内部组合该接口。

关键代码:树枝内部组合该接口,并且含有内部属性 List,里面放 Component。

应用实例:

  1. 算术表达式包括操作数、操作符和另一个操作数,其中,另一个操作符也可以是操作数、操作符和另一个操作数。

  2. 在 JAVA AWT 和 SWING 中,对于 Button 和 Checkbox 是树叶,Container 是树枝。

优点:

  1. 高层模块调用简单。

  2. 节点自由增加。

缺点:在使用组合模式时,其叶子和树枝的声明都是实现类,而不是接口,违反了依赖倒置原则。

使用场景:部分、整体场景,如树形菜单,文件、文件夹的管理。

注意事项:定义时为具体类。



装饰模式

意图:动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说,装饰器模式相比生成子类更为灵活。

主要解决: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。

何时使用:在不想增加很多子类的情况下扩展类。

如何解决:将具体功能职责划分,同时继承装饰者模式。

关键代码:

  1. Component 类充当抽象角色,不应该具体实现。

  2. 修饰类引用和继承 Component 类,具体扩展类重写父类方法。

应用实例:

  1. 孙悟空有 72 变,当他变成"庙宇"后,他的根本还是一只猴子,但是他又有了庙宇的功能。

  2. 不论一幅画有没有画框都可以挂在墙上,但是通常都是有画框的,并且实际上是画框被挂在墙上。在挂在墙上之前,画可以被蒙上玻璃,装到框子里;这时画、玻璃和画框形成了一个物体。

优点:装饰类和被装饰类可以独立发展,不会相互耦合,装饰模式是继承的一个替代模式,装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。

缺点:多层装饰比较复杂。

使用场景:

  1. 扩展一个类的功能。

  2. 动态增加功能,动态撤销。

注意事项:可代替继承。



用户头像

李伟

关注

还未添加个人签名 2018.05.07 加入

还未添加个人简介

评论

发布
暂无评论
架构师训练营第 03 周——总结