设计模式 - 设计模式概述
# 1. 掌握设计模式的层次
设计模式是软件开发中解决常见问题的通用方法。对于设计模式的掌握，不同层次的开发者有不同的理解与应用：
第 1 层：初识设计模式
- 刚开始学编程时，听说过设计模式，但不太清楚如何应用。
第 2 层：无意识的使用
- 有一定编程经验，写了很多代码，实际上已经在无意识中应用了设计模式。
第 3 层：自觉使用设计模式
- 系统学习了设计模式，能理解它们的应用场景，并在自己的代码中有意识地使用。
第 4 层：领会设计模式的精妙
- 在阅读他人源码和大型框架时，能够看出设计模式的巧妙运用，并领会到它带来的设计优势。
第 5 层：下意识的模式应用
- 在编写代码时，不需要刻意去思考是否使用设计模式，而是自然而然地将设计模式融入代码中。
# 2. 设计模式介绍
设计模式 是软件开发中为了解决反复出现的问题而总结出的经验和最佳实践。它们不是具体的代码，而是一种解决问题的思路和方法，可以提高代码的 可维护性、可复用性 和 扩展性，降低代码的复杂度。
设计模式由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides （即「四人组」或「GOF」）提出，他们总结了 23 种经典的设计模式。这些设计模式广泛应用于各种编程语言，包括 Java、C++、PHP 等。
设计模式的核心思想是：以最优雅的方式解决常见的软件设计问题，通过设计模式可以改善代码的结构，使代码更易于维护、扩展和测试。
设计模式有助于：
- 提高代码的复用性，避免代码重复；
- 通过封装变化点，降低代码的复杂度；
- 提升系统的可扩展性，便于在不修改已有代码的情况下新增功能。
# 3. 设计模式的重要性
在实际开发过程中，设计模式能够为软件开发提供有效的指导，尤其在系统维护、功能扩展和重构时，设计模式展现出它的价值。
例如：
- 应对需求变化：当客户需要在项目中增加新功能时，使用合适的设计模式可以轻松扩展现有系统，而不需要大幅修改原有代码。
- 项目的可维护性：一个良好设计的项目，能够让新开发者更容易理解和接手，特别是当项目的原开发者不再维护项目时。
- 面试中的常见问题：许多 IT 大厂在招聘时会考察开发者是否在实际项目中使用过设计模式，以及如何选择合适的模式来解决问题。
设计模式在项目开发中的应用，如下图所示，贯穿了从面向对象编程到框架设计的全过程：
# 4. 设计模式的目的
设计模式的目的是帮助开发者编写出更 高效、可扩展、可维护 的代码。它们通过为常见问题提供通用的解决方案，使代码具有以下特性：
- 代码重用性：相同的功能代码可以多次使用，不用重复编写，减少冗余代码。
- 可读性：通过规范化的设计方式，使代码更易理解，便于其他开发者阅读和维护。
- 可扩展性：在添加新功能时，不需要对原有代码做大的修改，增强系统的可扩展性。
- 可靠性：增加新功能后，原有功能保持不变，系统能够继续正常运行。
- 灵活性：设计模式可以增强系统的灵活性，便于应对需求的变化。
设计模式的本质是对 面向对象设计原则 的实际运用，主要体现在对类的 封装、继承 和 多态 的应用，以及类之间的关系处理。它不仅提高了代码的设计能力，还提高了开发效率，缩短了项目的开发周期。
同时，设计模式强调：设计要简单而非复杂。在具体的项目中，如果引入设计模式反而增加了代码的复杂性，则说明问题本身可能不需要设计模式的介入。
# 5. 设计模式的分类
设计模式按其用途可以分为三大类：创建型模式、结构型模式 和 行为型模式，共 23 种。
# 创建型模式（5 种）
- 单例模式（Singleton Pattern）：确保某个类只有一个实例，并提供一个全局访问点供外界获取该实例。
- 工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义一个用于创建对象的接口，由子类决定实例化的类。
- 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供一个接口，创建一系列相关的或相互依赖的对象，而无需指定它们的具体类。
- 原型模式（Prototype Pattern）：通过复制现有对象来创建新对象。
- 建造者模式（Builder Pattern）：将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
# 结构型模式（7 种）
- 适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换为客户希望的另一个接口，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。
- 桥接模式（Bridge Pattern）：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立变化。
- 装饰模式（Decorator Pattern）：动态地给对象添加新的功能，而不改变其结构。
- 组合模式（Composite Pattern）：将对象组合成树形结构，以表示 "部分-整体" 的层次结构。
- 外观模式（Facade Pattern）：为子系统中的一组接口提供一个一致的接口，使得子系统更容易使用。
- 享元模式（Flyweight Pattern）：运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用。
- 代理模式（Proxy Pattern）：为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问。
# 行为型模式（11 种）
- 模板方法模式（Template Method Pattern）：定义一个算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变算法结构的情况下重新定义某些步骤。
- 命令模式（Command Pattern）：将一个请求封装为一个对象，从而允许客户端通过不同的请求来参数化对象。
- 访问者模式（Visitor Pattern）：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，使得可以在不改变对象结构的前提下定义作用于这些元素的新操作。
- 迭代器模式（Iterator Pattern）：提供一种方法访问一个聚合对象中的各个元素，而不需要暴露该对象的内部表示。
- 观察者模式（Observer Pattern）：定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。
- 中介者模式（Mediator Pattern）：定义一个中介对象来封装一系列对象的交互，从而使对象不需要相互显式引用，减少对象之间的耦合。
- 备忘录模式（Memento Pattern）：在不破坏封装的前提下，捕获对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。
- 解释器模式（Interpreter Pattern）：为语言的语法和语义定义一个表示，并提供一个解释器来处理这些语法和语义。
- 状态模式（State Pattern）：允许对象在其内部状态发生改变时改变它的行为。
- 策略模式（Strategy Pattern）：定义一系列算法，并将它们封装起来，使得它们可以互相替换。
- 职责链模式（Chain of Responsibility Pattern）：将请求的发送者和接收者解耦，使多个对象都有机会处理这个请求。
总结
通过正确地运用设计模式，软件开发者可以有效提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性。在开发过程中，设计模式不仅能帮助开发者应对常见的设计问题，还能让代码更加优雅和规范。在掌握设计模式时，既要关注模式本身的使用场景和原则，也要注重避免过度设计，使设计模式成为简化问题的工具，而不是复杂化设计的负担。