7种最重要的软件设计模式

为什么选择设计模式？

最重要的设计模式

想要深入了解软件设计模式，可以看看CH Afzal编写的《软件设计模式：开发者最佳实践》。CH Afzal是一位经验丰富的软件工程师，曾在 Netflix、微软和 Oracle 等公司工作多年。以下内容大多摘自他的课程。

为什么选择设计模式？

近年来，设计模式在编程界引起了一些争议，主要是因为人们认为设计模式被“过度使用”，导致代码难以理解和管理。

必须明白，设计模式绝非是拼凑起来的捷径，不能随意地、一刀切地套用到代码中。在软件工程中，真正的解决问题的能力是无可替代的。

然而，不可否认的是，如果使用得当，设计模式确实非常有用。策略性地运用设计模式，可以显著提高程序员的效率，避免重复造轮子，而是采用他人已经完善的方法。此外，在与他人讨论或在大型团队中管理代码时，设计模式还能提供一种有用的通用语言，用于概念化重复出现的问题和解决方案。

话虽如此，但需要注意的是，必须确保开发人员也理解每种模式背后的原理和原因。

无需赘言（大致按重要性排序，从最重要到最不重要）：

最重要的设计模式

1）单例

单例模式用于限制类的创建次数，使其仅创建一个对象。当只需要一个（且仅一个）对象来协调整个系统中的操作时，这种模式非常有用。例如，缓存、线程池和注册表等都属于只需要一个类实例的情况。

创建一个类的对象很简单——但如何确保只创建一个对象呢？答案是将构造函数设为单例类的“私有”。这样，只有该类的成员才能访问私有构造函数，其他任何人都无法访问。

重要提示：可以通过将构造函数从私有改为受保护来创建单例的子类。在某些情况下，这可能适用。一种常见的做法是创建一个子类单例注册表，其 ` getInstance`方法可以接收一个参数或使用环境变量来返回所需的单例。注册表维护着一个字符串名称到单例对象的映射，可以根据需要访问该映射。

2）工厂法

普通工厂生产商品；软件工厂生产对象。不仅如此，它还无需指定要创建对象的具体类。为了实现这一点，对象是通过调用工厂方法而不是构造函数来创建的。

通常，Java 中的对象创建过程如下：

SomeClass someClassObject = new SomeClass();

上述方法的弊端在于，使用 SomeClass 对象的代码突然变得依赖于 SomeClass 的具体实现。使用 new 创建对象本身并没有错，但它会带来代码与具体实现类紧密耦合的弊端，这有时会引发问题。

3）战略

这种策略模式允许将相关的算法分组到一个抽象层下，从而无需修改客户端即可替换一个算法或策略。代码无需直接实现单个算法，而是接收运行时指令来指定要运行的算法组中的哪一个。

4）观察者

这种模式是一种对象间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖对象都会收到通知。这通常是通过调用依赖对象的方法来实现的。

为了便于理解，不妨想想你在 Twitter 上关注某人时会发生什么。你实际上是在请求 Twitter 向你（观察者）推送你关注的人（主体）的推文更新。这种模式包含两个参与者：对更新感兴趣的观察者和发布更新的主体。

一个主题可以有多个观察者，这是一种一对多的关系。然而，观察者也可以订阅其他主题的更新。例如，您可以订阅某个 Facebook 页面的新闻推送，该页面就是主题。每当该页面发布新内容时，订阅者都会看到。

关键考虑因素：当受试者众多而观察者较少时，如果每个受试者单独存储其观察者，则会增加存储成本，因为有些受试者会多次存储同一个观察者。

5）建筑商

顾名思义，建造者模式用于构建对象。有时，我们创建的对象可能很复杂，由多个子对象组成，或者需要复杂的构建过程。使用建造者模式可以简化创建复杂类型的操作。建造者模式通常构建的是复合对象或聚合对象。

关键考虑因素：建造者模式可能看起来与“抽象工厂”模式相似，但区别在于建造者模式是逐步创建对象，而抽象工厂模式是一次性返回对象。

6）适配器

这使得不兼容的类能够协同工作，方法是将一个类的接口转换为另一个类的接口。可以把它想象成一种翻译器：当两位语言不通的国家元首会面时，通常会有一位翻译员坐在他们中间，翻译对话内容，从而实现沟通。

如果你有两个应用程序，一个以 XML 格式输出，另一个需要 JSON 输入，那么你需要一个适配器将这两个应用程序连接起来，使它们能够无缝地工作。

7）州

状态模式封装了机器可能处于的各种状态，并允许对象在其内部状态改变时改变其行为。机器（或用模式术语来说，是上下文）可以执行某些操作，从而进入不同的状态。如果没有使用状态模式，代码将变得僵化，并且充斥着大量的 if-else 条件语句。

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通过《软件设计模式：开发者最佳实践》，您不仅可以学习理论，还能深入探讨实际问题，并通过真实的代码示例理解切实可行的解决方案。

本课程以“四人帮”的畅销书为基础，采用互动式、易于理解的方式呈现。您将通过互动学习掌握书中23种著名的设计模式，了解三种关键设计模式类型（创建型、结构型和行为型）的正确应用，并学习如何将这些设计模式融入到您自己的项目中。

PS：如果您想更深入地了解系统设计，我有一份详细的系统设计指南。请继续阅读以了解更多信息！