初识设计模式

Published on 2024-02-18 22:12 in 分类: 博客 with 狂盗一枝梅
分类: 博客

工作好些年了,设计模式这么好玩的东西一直没有好好整理整理,这次抽空好好给它抽筋扒皮梳理清楚它。在正式开干之前,得先搞清楚一些问题:设计模式是什么?我们为啥要用设计模式?

一、设计模式是什么

设计模式(design pattern)是对软件设计中普遍存在(反复出现)的各种问题,所提出的解决方案

设计模式是一套理论,由软件界的先辈们(四人帮:The Gang of Four):包括Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson、John Vlissides 总结的一套可以反复使用的经验,它可以提高代码的可重用性,增强系统的可维护性,以及解决一系列的复杂问题。做软件的人都知道需求是最难把握的,我们可以分析现有的需求,预测可能发生的变更,但是我们不能控制需求的变更。问题来了,既然需求的变更是不可控的,那如何拥抱变化呢?幸运的是,设计模式给了我们指导,专家们首先提出了6大设计原则,但这6大设计原则仅仅是一系列“口号”,真正付诸实施还需要有详尽的指导方法,于是23种设计模式出现了。

据说设计模式起源于建筑学,想想也是,软件工程只有短短的几十年,与已经拥有几千年底蕴的建筑工程相比,后者有太多值得学习和借鉴的地方。

二、设计模式能干什么

换句话说,我们为什么要学习设计模式?

其实类似大家这样有一定工作经验的开发人员,了解以及进一步掌握设计模式是非常有必要的,因为平时大家接到开发任务,首要目标是实现功能,而且现在的节奏~,时间紧,任务重,大家没有,可能也来不及做其他的考虑,所以,大部分程序员写的代码,其实可维护性,可读性都很差,类之间的关系非常复杂,没有条理,那例如以后要增加新的需求,现有的程序如何进行变动成本最低?如何保证新的功能模块不会对原来的项目产生影响?

设计模式是为了让软件(程序)具有更好的代码重用性,可读性,可扩展性,可靠性

理论听着云里雾里,那到底是什么意思呢?

1. 代码重用性:即相同功能的代码,不需要多次编写,可以重复使用

2. 可读性:即编码的规范性,便于其他程序员阅读和理解

3. 可扩展性:即当需要增加新功能时,成本低,也称为可维护性

4. 可靠性:即代码强壮,当增加新的功能时,对原有的功能没有影响

其实说到底,就是让程序呈现出高内聚,低耦合的特性

耦合主要描述模块之间的关系,内聚主要描述模块内部,当然模块的粒度可大可小(小到一个类 大-到一个系统)

1. 高内聚: 高内聚就是提高接口、类、模块的处理能力,独立性强,一个模块应当尽可能独立完成某个功能,减少对外的交互。比如你告诉下属“到奥巴马的办公室偷一个×××文件”,然后听到下属用坚定的口吻回答你:“是,保证完成任务!”一个月后,你的下属还真的把×××文件放到你的办公桌上了,这种不讲任何条件、立刻完成任务的行为就是高内聚的表现。具体到接口隔离原则就是,要求在接口中尽量少公布public方法,接口是对外的承诺,承诺越少对系统的开发越有利,变更的风险也就越少,同时也有利于降低成本。

2. 低耦合: 功能模块和功能模块之间耦合性很低,A模块出现问题,避免影响B模块,比如模块A直接操作了模块B中数据, 则视为强耦合,例如下图,我们假设这样一个场景,发货系统发货,写入消息队列,订单系统这边订阅消息队列里的消息,如果订单系统出现故障,不影响发货系统正常写入消息队列,利用了消息中间件,两个系统之间的耦合性大大降低

通过消息队列降低两个系统之间的耦合性

三、设计模式遵循的原则

换句话说,设计模式遵循的原则就是:设计模式为什么这么设计的依据,它们是各种设计模式的基础,也是我们程序员在编程的时候应当遵守的原则。

《设计模式之禅(第二版)》中,作者认为有六种设计原则:单一职责原则、里氏替换原则、依赖倒置原则、接口隔离原则、迪米特法则、开闭原则。其实,不少地方还提到了合成复用原则,其实是七种设计原则:

总原则:开闭原则(Open Close Principle)

开闭原则就是说对扩展开放,对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候,不能去修改原有的代码,而是要扩展原有代码,实现一个热插拔的效果。想要达到这样的效果,我们需要使用接口和抽象类等。

1、单一职责原则 不要存在多于一个导致类变更的原因,也就是说每个类应该实现单一的职责,如若不然,就应该把类拆分。

2、里氏替换原则(Liskov Substitution Principle) 里氏代换原则中说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石,只有当衍生类可以替换掉基类,软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。—— From Baidu 百科

里氏替换原则中,子类对父类的方法尽量不要重写和重载。因为父类代表了定义好的结构,通过这个规范的接口与外界交互,子类不应该随便破坏它。

3、依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle) 这个是开闭原则的基础,具体内容:面向接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。写代码时用到具体类时,不与具体类交互,而与具体类的上层接口交互。

4、接口隔离原则(Interface Segregation Principle) 这个原则的意思是:每个接口中不存在子类用不到却必须实现的方法,如果不然,就要将接口拆分。使用多个隔离的接口,比使用单个接口(多个接口方法集合到一个的接口)要好。

5、迪米特法则(最少知道原则)(Demeter Principle) 就是说:一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说无论被依赖的类多么复杂,都应该将逻辑封装在方法的内部,通过public方法提供给外部。这样当被依赖的类变化时,才能最小的影响该类。

最少知道原则的另一个表达方式是:只与直接的朋友通信。类之间只要有耦合关系,就叫朋友关系。耦合分为依赖、关联、聚合、组合等。我们称出现为成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接朋友。局部变量、临时变量则不是直接的朋友。我们要求陌生的类不要作为局部变量出现在类中。

6、合成复用原则(Composite Reuse Principle) 原则是尽量首先使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。

博主寂然对其重要性做了总结(主观的)

名称 设计原则简介 重要性
单一职责原则 类的职责要单一,不能将太多的职责放在一个类中 ★★★★☆
开闭原则 软件实体对扩展是开放的,但对修改是关闭的,即在不修改一个软件实体的基础上去扩展其功能 ★★★★★
里氏代换原则 在软件系统中,一个可以接受基类对象的地方必然可以接受一个子类对象 ★★★★☆
依赖倒置原则 要针对抽象层编程,而不要针对具体类编程 ★★★★★
接口隔离原则 使用多个专门的接口来取代一个统一的接口 ★★☆☆☆
合成复用原则 在系统中应该尽量多使用组合和聚合关联关系,尽量少使用甚至不使用继承关系 ★★★★☆
迪米特法则 一个软件实体对其他实体的引用越少越好,或者说如果两个类不必彼此直接通信,那么这两个类就不应当发生直接的相互作用,而是通过引入一个第三者发生间接交互 ★★★☆☆

四、设计模式分类

关于这个,不同的人,不同的书都有不同的看法,比较经典的《设计模式:可复用面向对象软件的基础》一书中,认为可以将23中设计模式分为三类:创建型、结构型、行为型,在《大话设计模式(吴强)》一书中,则是分成了接口型、责任型、构造型、操作型、扩展型五类。

通常来看,大多数人还是遵循比较经典的《设计模式:可复用面向对象软件的基础》沿袭的说法,将23中设计模式分成了创建型、结构型、行为型这三类。

1、创建型模式,共五种:工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

2、结构型模式,共七种:适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

3、行为型模式,共十一种:策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

设计模式

这样,整体上,就对设计模式有了一个认知。

参考文档:

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1712015814495812140&wfr=spider&for=pc

https://developer.aliyun.com/article/780970?spm=a2c6h.13262185.profile.34.1d934622rlwa7W#slide-7

https://blog.csdn.net/u012869196/article/details/73616182


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