架构师训练营 No.3 周总结

发布于: 2020 年 06 月 24 日

设计模式的产生背景

“设计模式”这个术语最初并不是出现在软件设计中,而是被用于建筑领域的设计中。

1977 年,美国著名建筑大师、加利福尼亚大学伯克利分校环境结构中心主任克里斯托夫·亚历山大(Christopher Alexander)在他的著作《建筑模式语言:城镇、建筑、构造(A Pattern Language: Towns Building Construction)中描述了一些常见的建筑设计问题,并提出了 253 种关于对城镇、邻里、住宅、花园和房间等进行设计的基本模式。

直到 1990 年,软件工程界才开始研讨设计模式的话题。

1995 年,艾瑞克·伽马(ErichGamma)、理査德·海尔姆(Richard Helm)、拉尔夫·约翰森(Ralph Johnson)、约翰·威利斯迪斯(John Vlissides)等 4 位作者合作出版了《设计模式:可复用面向对象软件的基础》(Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software)一书,在本教程中收录了 23 个设计模式,这是设计模式领域里程碑的事件,导致了软件设计模式的突破。

设计模式的概念与意义

软件设计模式(Software Design Pattern),又称设计模式,是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。它描述了在软件设计过程中的一些不断重复发生的问题,以及该问题的解决方案。简而言之,设计模式是一种可重复使用的解决方案。

设计模式的四个基本要素:

1、模式名称(pattern name) 一个助记名,有助于表达我们的设计。

2、问题(problem) 描述了应该在何时运用这种模式,以及运用模式的环境(上下文)。

3、解决方案(solution) 描述了设计的组成元素(类和对象),它们的相互关系、职责和协作方式。

4、效果(consequences) 应用这种方案带来的利与弊。

设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用,是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。正确使用设计模式具有以下优点:

  • 可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力。

  • 使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化,使软件开发效率大大提高,从而缩短软件的开发周期。

  • 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

设计模式的分类

按功能(目的)分:

  1. 创建型模式:用于描述“怎样创建对象”,它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。GoF 中提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等 5 种创建型模式。

  2. 结构型模式:用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构,GoF 中提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合等 7 种结构型模式。

  3. 行为型模式:用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务,以及怎样分配职责。GoF 中提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等 11 种行为型模式。

按方式(作用范围)分:

  1. 类模式:用于处理类与子类之间的关系,这些关系通过继承来建立,是静态的,在编译时刻便确定下来了。GoF中的工厂方法、(类)适配器、模板方法、解释器属于该模式。

  2. 对象模式:用于处理对象之间的关系,这些关系可以通过组合或聚合来实现,在运行时刻是可以变化的,更具动态性。GoF 中除了以上 4 种,其他的都是对象模式。

GoF的23种设计模式

  1. 单例(Singleton)模式:某个类只能生成一个实例,该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例,其拓展是有限多例模式。

  2. 原型(Prototype)模式:将一个对象作为原型,通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。

  3. 工厂方法(Factory Method)模式:定义一个用于创建产品的接口,由子类决定生产什么产品。

  4. 抽象工厂(AbstractFactory)模式:提供一个创建产品族的接口,其每个子类可以生产一系列相关的产品。

  5. 建造者(Builder)模式:将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分,然后根据不同需要分别创建它们,最后构建成该复杂对象。

  6. 代理(Proxy)模式:为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象,从而限制、增强或修改该对象的一些特性。

  7. 适配器(Adapter)模式:将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口,使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。

  8. 桥接(Bridge)模式:将抽象与实现分离,使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现,从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。

  9. 装饰(Decorator)模式:动态的给对象增加一些职责,即增加其额外的功能。

  10. 外观(Facade)模式:为多个复杂的子系统提供一个一致的接口,使这些子系统更加容易被访问。

  11. 享元(Flyweight)模式:运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。

  12. 组合(Composite)模式:将对象组合成树状层次结构,使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。

  13. 模板方法(TemplateMethod)模式:定义一个操作中的算法骨架,而将算法的一些步骤延迟到子类中,使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。

  14. 策略(Strategy)模式:定义了一系列算法,并将每个算法封装起来,使它们可以相互替换,且算法的改变不会影响使用算法的客户。

  15. 命令(Command)模式:将一个请求封装为一个对象,使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。

  16. 职责链(Chain of Responsibility)模式:把请求从链中的一个对象传到下一个对象,直到请求被响应为止。通过这种方式去除对象之间的耦合。

  17. 状态(State)模式:允许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力。

  18. 观察者(Observer)模式:多个对象间存在一对多关系,当一个对象发生改变时,把这种改变通知给其他多个对象,从而影响其他对象的行为。

  19. 中介者(Mediator)模式:定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系,降低系统中对象间的耦合度,使原有对象之间不必相互了解。

  20. 迭代器(Iterator)模式:提供一种方法来顺序访问聚合对象中的一系列数据,而不暴露聚合对象的内部表示。

  21. 访问者(Visitor)模式:在不改变集合元素的前提下,为一个集合中的每个元素提供多种访问方式,即每个元素有多个访问者对象访问。

  22. 备忘录(Memento)模式:在不破坏封装性的前提下,获取并保存一个对象的内部状态,以便以后恢复它。

  23. 解释器(Interpreter)模式:提供如何定义语言的文法,以及对语言句子的解释方法,即解释器。

JUnit中的设计模式

如何写单元测试

public class BubbleSorterTests extends TestCase {
private Integer[] array;
private Sorter sorter;
protected void setUp() {
array = new Integer[] { 5, 4, 9, 7, 6, 3, 8, 1, 0, 2 };
sorter = new BubbleSorter();
}
public void testSort() {
Sortable sortable = new ArraySortable(array);
Comparator comparator = new IntegerComparator();
sorter.sort(sortable, comparator);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
assertEquals(i, array[i].intValue());
}
}
}
  • 创建测试类,从TestCase派生

  • 初始化,覆盖基类方法:protected void setUp()

  • 清除环境,覆盖基类方法:protected void tearDown()

  • 编写测试方法,命名规则:public void textXxx()

参数化的单元测试

public class IntegerComparatorTests extends ComparatorTests<Integer> {
public static Test suite() {
TestSuite suite = new TestSuite("IntegerComparatorTests");
suite.addTest(new IntegerComparatorTests(1, 1, true, false));
suite.addTest(new IntegerComparatorTests(1, 2, true, true));
suite.addTest(new IntegerComparatorTests(2, 1, true, false));
suite.addTest(new IntegerComparatorTests(1, 1, false, false));
suite.addTest(new IntegerComparatorTests(1, 2, false, false));
suite.addTest(new IntegerComparatorTests(2, 1, false, true));
return suite;
}
public IntegerComparatorTests(Integer o1, Integer o2, boolean ascending,
boolean isBefore) {
super(o1, o2, ascending, isBefore);
}
@Override
protected Comparator<Integer> createComparator(boolean ascending) {
return new IntegerComparator(ascending);
}
}

更复杂的测试包

public class AllTests {
public static Test suite() {
TestSuite suite = new TestSuite("sort");
suite.addTestSuite(BubbleSorterTests.class);
suite.addTestSuite(InsertionSorterTests.class);
suite.addTestSuite(ArraySortableTests.class);
suite.addTestSuite(ListSortableTests.class);
suite.addTest(IntegerComparatorTests.suite());
suite.addTest(ComparableComparatorTests.suite());
return suite;
}
}

JUnit中使用到的设计模式

1.模板方法模式

public void runBare() throws Throwable {
Throwable exception = null;
setUp();
try {
runTest();
} catch (Throwable running) {
exception = running;
} finally {
try {
tearDown();
} catch (Throwable tearingDown) {
if (exception == null) exception = tearingDown;
}
}
if (exception != null) throw exception;
}

2.适配器(Adapter)模式

在runBare()方法中,通过runTest()方法将我们自己编写的testXXX()方法进行了适配,使得JUnit可以执行我们自己编写的TestCase。

protected void runTest() throws Throwable {
assertNotNull("TestCase.fName cannot be null", fName);
Method runMethod = null;
try {
runMethod = getClass().getMethod(fName, (Class[]) null);
} catch (NoSuchMethodException e) {
fail("Method \"" + fName + "\" not found");
}
if (!Modifier.isPublic(runMethod.getModifiers())) {
fail("Method \"" + fName + "\" should be public");
}
try {
runMethod.invoke(this);
} catch (InvocationTargetException e) {
e.fillInStackTrace();
throw e.getTargetException();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.fillInStackTrace();
throw e;
}
}

3.观察者模式

public interface TestListener {
 public void addError(Test test, Throwable t);
 public void addFailure(Test test, AssertionFailedError t);  
 public void endTest(Test test)
public void startTest(Test test);
}

4.命令模式(Command)

经过使用Command后的给系统的架构效果:

  • Command模式将实现请求的一方(TestCase开发)和调用一方(JUnit)进行解藕

  • Command模式使新的TestCase很容易加入,无需改变已有的类,只需继承TestCase类即可

  • Command模式可以将多个TestCase进行组合成一个复合命令产,TestSuite就是它的一个复合命令,当然它使用了Composite模式

  • Command模式容易反请求的TestCase组合成请求队列,这样使接收请求的一方(JUnit Framwork),容易决定是否执行请求,一旦发现测试用命失败或者错误可以立该停止进行报告。

5.装饰模式(Decorate)

Decorator(装饰)模式的角色如下:

  • Component 给出抽象接口,以规范对象

  • ConcreteComponent 定义一个将要接收附加责任的类

  • Decorator 持有一个构件对象的实例,并且定义一个与抽象构件一致的接口

  • ConcreteDecorator 负责给构件对象附加职责

6.组合模式(Composite)

组合对象的构成:

-Component(抽象构建接口):为组合的对象声明接口;在某些情况下实现从此接口派生出的所有类共有的默认行为;定义一个接口可以访问及管理它的多个子部件

-Leaf(叶部件):在组合中表示叶节点对象,叶节点没有子节点;定义组合中接口对象的行为

-Composite(组合类):定义有子节点(子部件)的部件的行为;存储子节点(子部件);在Component接口中实现与子部件相关的操作

-Client(客户端):通过Component接口控制组合部件的对象

Spring中的设计模式

控制反转(IoC)和依赖注入(DI)

工厂设计模式

Spring使用工厂模式通过 BeanFactoryApplicationContext 创建 bean 对象。

单例设计模式

Spring 中的 Bean 默认都是单例的。

代理设计模式

模板方法

Spring 中 jdbcTemplate、hibernateTemplate 等以 Template 结尾的对数据库操作的类,它们就使用到了模板模式。

观察者模式

Spring 事件驱动模型就是观察者模式很经典的一个应用。

适配器模式

Spring AOP 的增强或通知(Advice)使用到了适配器模式、spring MVC 中也是用到了适配器模式适配Controller。

装饰者模式

连接多个数据库,而且不同的客户在每次访问中根据需要会去访问不同的数据库。这种模式让我们可以根据客户的需求能够动态切换不同的数据源。

其他Mybatis、Netty、Tomcat、JDK等框架代码中设计模式的分析与思考。

开发人员实际开发应用中不必完全按照既定模式给定的结构示例形式来设计方案,不同的设计模式只展示了目标问题的一种可行的解决方案,但不一定是最优的解决方案。。

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