23种设计模式

@软件设计模式概述

一、设计模式基础

1.什么是设计模式？

设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践，通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。

设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。

2.作用和意义

使用设计模式是为了重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理地运用设计模式可以完美地解决很多问题，每种模式在现实中都有相应的原理来与之对应，每种模式都描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案

二、设计模式的使用

1.开发人员的共同平台

设计模式提供了一个标准的术语系统，且具体到特定的情景。例如，单例设计模式意味着使用单个对象，这样所有熟悉单例设计模式的开发人员都能使用单个对象，并且可以通过这种方式告诉对方，程序使用的是单例模式。

2.最佳的实践

设计模式已经经历了很长一段时间的发展，它们提供了软件开发过程中面临的一般问题的最佳解决方案。学习这些模式有助于经验不足的开发人员通过一种简单快捷的方式来学习软件设计。

三、设计模式的分类

总共有 23 种设计模式。这些模式可以分为三大类：创建型模式（Creational Patterns）、结构型模式（Structural Patterns）、行为型模式（Behavioral Patterns），以及J2EE 设计模式。
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四、设计模式的六大原则

1、开闭原则（Open Close Principle）

开闭原则的意思是：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，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。

2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。 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，只有当派生类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而派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。

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个原则是开闭原则的基础，具体内容：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。它还有另外一个意思是：降低类之间的耦合度。由此可见，其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想，它强调降低依赖，降低耦合。

5、迪米特法则，又称最小知识原则（Demeter Principle）

最小知识原则是指：一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。

6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）

合成复用原则是指：尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

五、23种设计模式详解

（一）创建型模式

1.工厂模式

在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。
(1) 介绍

• 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。4、权限管理，不同账号有不同的角色，不同角色有不同的权限，通过工厂模式通过一个接口，输入角色信息，返回对应的权限。

• 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。

(2) 实现

/**
 * 创建型模式一 - 工厂模式
 */
function factory(role){
    function user(opt){
        this.name = opt.name;
        this.viewPage = opt.viewPage;
    }

    switch(role){
        case "superAdmin":
            return new user({name:"superAdmin",viewPage:["首页","发现页","通讯录","应用数据","权限管理"]});
            break;

        case "admin":
            return new user({name:"admin",viewPage:["首页","发现页","通讯录","应用数据"]});
            break;

        case "normal":
            return new user({name:"normal",viewPage:["首页","发现页","通讯录"]});
            break;
        default :
          return new user({name:'tourist',viewPage:["首页"]})
    }
}

let superAdmin = factory("superAdmin");
console.log(superAdmin);
let admin = factory("admin");
console.log(admin);
let normal = factory("normal");
console.log(normal);

还有一个拓展是工厂方法模式：是将创建对象的工作推到子类中进行。

function factory(role){
        if(this instanceof factory){
            var a = new this[role]();
            return a;
        }else{
            return new factory(role);
        }
    }

    factory.prototype={
        "superAdmin":function(){
            this.name="超级管理员";
            this.viewPage=["首页","发现页","通讯录","应用数据","权限管理"];
        },
        "admin":function(){
            this.name="管理员";
            this.viewPage=["首页","发现页","通讯录","应用数据"];
        },
        "user":function(){
            this.name="普通用户";
            this.viewPage=["首页","发现页","通讯录"];
        }
    }

    let superAdmin = factory("superAdmin");
    console.log(superAdmin);
    let admin = factory("admin");
    console.log(admin);
    let user = factory("user");
    console.log(user);

@工厂模式

2.抽象工厂模式

围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。
（1）介绍
意图：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

主要解决：主要解决接口选择的问题。

何时使用：系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品。

如何解决：在一个产品族里面，定义多个产品。

关键代码：在一个工厂里聚合多个同类产品。

应用实例：工作了，为了参加一些聚会，肯定有两套或多套衣服吧，比如说有商务装（成套，一系列具体产品）、时尚装（成套，一系列具体产品），甚至对于一个家庭来说，可能有商务女装、商务男装、时尚女装、时尚男装，这些也都是成套的，即一系列具体产品。假设一种情况（现实中是不存在的，要不然，没法进入共产主义了，但有利于说明抽象工厂模式），在您的家中，某一个衣柜（具体工厂）只能存放某一种这样的衣服（成套，一系列具体产品），每次拿这种成套的衣服时也自然要从这个衣柜中取出了。用 OOP 的思想去理解，所有的衣柜（具体工厂）都是衣柜类的（抽象工厂）某一个，而每一件成套的衣服又包括具体的上衣（某一具体产品），裤子（某一具体产品），这些具体的上衣其实也都是上衣（抽象产品），具体的裤子也都是裤子（另一个抽象产品）。

优点：当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。

使用场景： 1、QQ 换皮肤，一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。

注意事项：产品族难扩展，产品等级易扩展。
（2） 实现
简单工厂和工厂方法模式的工作是生产产品，那么抽象工厂模式的工作就是生产工厂的；

   //JS设计模式之抽象工厂模式
   let agency = function(subType, superType) {
    //判断抽象工厂中是否有该抽象类
    if(typeof agency[superType] === 'function') {
      function F() {};
      //继承父类属性和方法
      F.prototype = new agency[superType] ();
      console.log(F.prototype);
      //将子类的constructor指向子类
      subType.constructor = subType;
      //子类原型继承父类
      subType.prototype =  new F();
  
    } else {
      throw new Error('抽象类不存在!')
    }
  }
  
  //鼠标抽象类
  agency.mouseShop = function() {
    this.type = '鼠标';
  }
  agency.mouseShop.prototype = {
    getName: function(name) {
      // return new Error('抽象方法不能调用');
      return this.name;    
    }
  }
  
  //键盘抽象类
  agency.KeyboardShop = function() {
    this.type = '键盘';
  }
  agency.KeyboardShop.prototype = {
    getName: function(name) {
      // return new Error('抽象方法不能调用');
      return this.name;
    }
  }
  
  
  
  //普通鼠标子类
  function mouse(name) {
    this.name = name;
    this.item = "买我，我线长,玩游戏贼溜"
  }
  //抽象工厂实现鼠标类的继承
  agency(mouse, 'mouseShop');
  //子类中重写抽象方法
  // mouse.prototype.getName = function() {
  //   return this.name;
  // }
  
  //普通键盘子类
  function Keyboard(name) {
    this.name = name;
    this.item = "行，你买它吧,没键盘看你咋玩";
  }
  //抽象工厂实现键盘类的继承
  agency(Keyboard, 'KeyboardShop');
  //子类中重写抽象方法
  // Keyboard.prototype.getName = function() {
  //   return this.name;
  // }
  
  
  
  //实例化鼠标
  let mouseA = new mouse('联想');
  console.log(mouseA.getName(), mouseA.type,mouseA.item); //联想 鼠标
  
  //实例化键盘
  let KeyboardA = new Keyboard('联想');
  console.log(KeyboardA.getName(), KeyboardA.type,KeyboardA.item); //联想 键盘

  console.log('==>',agency)

所以实际上最后agency接受的两个参数就是各个子工厂，
@抽象工厂模式

3.单例模式

模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

• 单例类只能有一个实例。
• 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
• 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
  （1）介绍
  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。（联系下JS的闭包）
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。
（2）实现
思想：无非是用一个变量来标志当前是否已经为某个类创建过对象，如果是，则在下一次获取该类的实例时，直接返回之前创建的对象

/**
 * 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。
 * 核心：是用一个变量来标志当前是否已经为某个类创建过对象，如果是，则在下一次获取该类的实例时，直接返回之前创建的对象
 * 单例模式抽象，分离创建对象的函数和判断对象是否已经创建
 */

// 提取出通用的单例
function getSingleton(fn) {
    var instance = null;

    return function() {
        if (!instance) {
            instance = fn.apply(this, arguments);
        }

        return instance;
    }
}
//HR 的单例
function SetHr(name) {
    this.hr = name;
}

SetHr.prototype.getName = function() {
    console.log(this.hr);
};
// Manager的单例
function SetManager(name) {
    this.manager = name;
}

SetManager.prototype.getName = function() {
    console.log(this.manager);
}
var hrSingleton = getSingleton(function(name) {
    var hr = new SetHr(name);
    return hr;
});
var manageSingleton = getSingleton(function(name) {
    var hr = new SetManager(name);
    return hr;
});

hrSingleton('aa').getName(); // aa
hrSingleton('bb').getName(); // aa
hrSingleton('cc').getName(); // aa
manageSingleton('s1').getName(); //s1
manageSingleton('s2').getName();//s1
manageSingleton('s3').getName();//s1

4.建造者模式

使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象
（1）介绍
意图：将一个复杂的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

主要解决：主要解决在软件系统中，有时候面临着"一个复杂对象"的创建工作，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定。

何时使用：一些基本部件不会变，而其组合经常变化的时候。

如何解决：将变与不变分离开。

关键代码：建造者：创建和提供实例，导演：管理建造出来的实例的依赖关系。

应用实例： 1、去肯德基，汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等是不变的，而其组合是经常变化的，生成出所谓的"套餐"。 2、JAVA 中的 StringBuilder。

优点： 1、建造者独立，易扩展。 2、便于控制细节风险。

缺点： 1、产品必须有共同点，范围有限制。 2、如内部变化复杂，会有很多的建造类。

使用场景： 1、需要生成的对象具有复杂的内部结构。 2、需要生成的对象内部属性本身相互依赖。

注意事项：与工厂模式的区别是：建造者模式更加关注与零件装配的顺序。
（2）实现

  /**
     * 构建房屋的场景
     */
    class Diagram {
        constructor() {
        console.log('拿到图纸')
        }
    
        build(partName) {
            console.log(`观察${partName}图纸`);
        }
    }
    
    /**
     * @设计图实现
     */
    class CreatDiagram extends Diagram {
        constructor() {
            super();
        }
    
        build(partName) {
            super.build(partName);
            console.log(`建造开始${partName}`);
            this.worker = new worker(partName);
        }
        getResult() {
            console.log('完工');
            return this.worker;
        }
    }
    

    class worker {
        constructor(material) {
            console.log(`我建造了${material}`);
            this.data = material
        }
    }
    
   
    class Developer {
        constructor(params) {
            this.need = params;
            console.log("我需要这样的房间");
        }
    
        construct() {
            console.log("开始建造");
            let workerOk=this.need.map(el=>{
                let builder = new CreatDiagram();
                builder.build(el);
                return builder.getResult();
            })
                
            console.log("房子不错");
            console.log(workerOk);
        }
    }
    // 要求产品
    let list =['卧室', '厨房', '客厅']
    let home = new Developer(list);
    // 生成产品
    home.construct();

@ 建造者模式

5.原型模式

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。
这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。
（1）介绍
意图：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

主要解决：在运行期建立和删除原型。

何时使用： 1、当一个系统应该独立于它的产品创建，构成和表示时。 2、当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载。 3、为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时。 4、当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。

如何解决：利用已有的一个原型对象，快速地生成和原型对象一样的实例。

关键代码： 1、实现克隆操作，在 JAVA 继承 Cloneable，重写 clone()，在 .NET 中可以使用 Object 类的 MemberwiseClone() 方法来实现对象的浅拷贝或通过序列化的方式来实现深拷贝。 2、原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些"易变类"拥有稳定的接口。

应用实例： 1、细胞分裂。 2、JAVA 中的 Object clone() 方法。

优点： 1、性能提高。 2、逃避构造函数的约束。

缺点： 1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。 2、必须实现 Cloneable 接口。

使用场景： 1、资源优化场景。 2、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。 3、性能和安全要求的场景。 4、通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。 5、一个对象多个修改者的场景。 6、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。 7、在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。

注意事项：与通过对一个类进行实例化来构造新对象不同的是，原型模式是通过拷贝一个现有对象生成新对象的。浅拷贝实现 Cloneable，重写，深拷贝是通过实现 Serializable 读取二进制流
（2）实现

/**
 * 使用 Object.create(prototype, optionalDescriptorObjec
 */
var vehiclePrototype = {
    model: "保时捷",
    getModel: function () {
        console.log('车辆模具是：' + this.model);
    }
};

var vehicle = Object.create(vehiclePrototype, {
    "model": {
        value: "法拉利",
        // writable: true,
        // enumerable: true,
        // configurable: true

    }
});

vehicle.getModel();

/**
 * 使用 prototype
 */
var vehiclePrototype = {
    init: function (carModel) {
        this.model = carModel || "保时捷";
    },
    getModel: function () {
        console.log('车辆模具是：' + this.model);
    }

};

function vehicle1(model) {
    function F() { };
    F.prototype = vehiclePrototype;    
    var f = new F();
    f.init(model);    return f;
}
var car = vehicle1('法拉利');
car.getModel();

@原型模式

(二) 结构型模式

6.适配器模式

适配器模式（Adapter Pattern）是作为两个不兼容的接口之间的桥梁。这种类型的设计模式属于结构型模式，它结合了两个独立接口的功能。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责加入独立的或不兼容的接口功能

7.桥接模式

8.过滤器模式

9.组合模式

10.装饰器模式

11.组合模式

12.装饰器模式

13.外观模式

14.享元模式

15.代理模式

（三）行为型模式

16.责任链模式

17.责任模式

18.解释器模式

19.迭代器模式

20.中介者模式

21.备忘录模式

22.观察者模式

23.状态模式

24.空对象模式

25.策略模式

26.模板模式

27.访问者模式

（四）J2EE 模式

1.MVC 模式

2.业务代表模式

3.组合实体模式

4.数据访问对象模式

5.前端控制器模式

6.拦截过滤器模式

7.服务定位器模式

8.传输对象模式