设计模式分类

设计模式分类：创建型、结构型与行为型

设计模式是面向对象设计中反复出现的问题的解决方案，根据其解决问题的侧重点，可分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。每类模式聚焦于软件设计的不同层面，共同助力构建灵活、可复用的系统。

创建型模式（Creational Patterns）

核心目标

抽象对象的实例化过程，封装对象创建的细节，使系统在不依赖具体类的情况下创建对象，从而提高灵活性和可扩展性。

主要解决问题

• 如何隐藏对象创建的复杂性（如初始化步骤、依赖管理）？
• 如何确保对象创建符合特定约束（如单例、池化）？
• 如何使系统独立于对象的具体类型，便于替换或扩展？

包含模式（5 种）

1. 工厂方法模式（Factory Method）
   • 定义一个创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。
   • 类模式（通过继承实现），典型应用：Java Collection的iterator()方法。
2. 抽象工厂模式（Abstract Factory）
   • 提供一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定具体类。
   • 示例：不同操作系统的 UI 组件工厂（Windows 按钮与 Mac 按钮）。
3. 单例模式（Singleton）
   • 确保一个类仅有一个实例，并提供全局访问点。
   • 应用：配置管理器、线程池等需唯一实例的场景。
4. 建造者模式（Builder）
   • 将复杂对象的构建过程与表示分离，使同一构建过程可创建不同表示。
   • 示例：StringBuilder（分步构建字符串）、复杂对象的配置器。
5. 原型模式（Prototype）
   • 通过复制现有对象（原型）来创建新对象，避免重复初始化。
   • 应用：大对象的高效复制（如克隆数据库连接对象）。

结构型模式（Structural Patterns）

核心目标

描述类与对象的组合方式，通过灵活的组合实现更复杂的功能结构，同时保持结构的稳定性和可扩展性。

主要解决问题

• 如何将简单对象组合成复杂结构（如树形结构、分层结构）？
• 如何在不修改现有代码的情况下，为对象添加新功能？
• 如何解决接口不兼容的问题，使不同组件协同工作？

包含模式（7 种）

1. 适配器模式（Adapter）
   • 将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口，使不兼容的类可以协同工作。
   • 类模式（类适配器，通过继承）和对象模式（对象适配器，通过组合），示例：Java 的InputStreamReader（字节流→字符流适配）。
2. 桥接模式（Bridge）
   • 将抽象部分与实现部分分离，使两者可以独立变化。
   • 示例：图形界面中 “形状”（抽象）与 “绘制方式”（实现）的分离。
3. 组合模式（Composite）
   • 将对象组合成树形结构，以表示 “部分 - 整体” 关系，使客户端对单个对象和组合对象的处理一致。
   • 示例：文件系统（文件与文件夹的统一操作）。
4. 装饰模式（Decorator）
   • 动态地给对象添加额外职责，无需修改原类。
   • 示例：Java 的BufferedInputStream（为输入流添加缓冲功能）。
5. 外观模式（Facade）
   • 为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口，简化客户端与子系统的交互。
   • 示例：操作系统的 API（封装底层硬件交互细节）。
6. 享元模式（Flyweight）
   • 通过共享技术减少创建对象的数量，节省内存。
   • 应用：字符常量池（String.intern()）、围棋棋子（共享相同颜色的棋子对象）。
7. 代理模式（Proxy）
   • 为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问（如延迟加载、权限控制）。
   • 示例：远程代理（RPC）、虚拟代理（图片懒加载）。

行为型模式（Behavioral Patterns）

核心目标

描述对象间的交互方式和职责分配，优化算法流程和对象协作，使系统行为更灵活、可复用。

主要解决问题

• 如何在对象间分配职责，避免耦合过紧？
• 如何处理对象间的复杂通信（如事件通知、命令传递）？
• 如何封装算法变化，使客户端可以灵活切换策略？

包含模式（11 种）

1. 模板方法模式（Template Method）
   • 定义一个算法的骨架，将步骤延迟到子类实现。
   • 类模式（通过继承），示例：JUnit的setUp()和tearDown()方法。
2. 命令模式（Command）
   • 将请求封装为对象，使客户端可以参数化不同的请求、队列或日志请求。
   • 示例：遥控器按钮（每个按钮对应一个命令对象）。
3. 迭代器模式（Iterator）
   • 提供一种方法顺序访问聚合对象中的元素，而无需暴露其内部结构。
   • 示例：Java 的Iterator接口（遍历集合）。
4. 观察者模式（Observer）
   • 定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖者自动收到通知。
   • 应用：事件监听（如 GUI 按钮点击事件）、发布 - 订阅系统。
5. 策略模式（Strategy）
   • 定义一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可互换。
   • 示例：排序算法（冒泡、快速排序可动态切换）。
6. 职责链模式（Chain of Responsibility）
   • 为请求创建一个接收者对象的链，使每个接收者都有机会处理请求。
   • 示例：日志系统（不同级别日志由不同处理器处理）。
7. 中介者模式（Mediator）
   • 用一个中介对象封装一系列对象的交互，减少对象间的直接耦合。
   • 示例：聊天室（中介者转发消息，用户无需直接交互）。
8. 备忘录模式（Memento）
   • 在不破坏封装的前提下，捕获对象的内部状态，并在需要时恢复。
   • 应用：文本编辑器的撤销功能。
9. 状态模式（State）
   • 允许对象在内部状态改变时改变其行为，使对象看起来好像修改了它的类。
   • 示例：订单状态流转（待支付→已支付→已发货）。
10. 访问者模式（Visitor）
    • 表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，使可以在不改变元素类的前提下定义新操作。
    • 示例：数据结构的多维度遍历（如同时计算树的深度和节点数）。
11. 解释器模式（Interpreter）
    • 给定一个语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器来解释该语言的句子。
    • 类模式（通过继承），应用：表达式解析器（如数学公式计算）。

类模式与对象模式的区别

• 类模式：通过继承实现，强调类之间的静态关系（编译期确定）。
  仅 4 种：工厂方法模式、适配器模式（类适配器）、模板方法模式、解释器模式。
• 对象模式：通过组合 / 聚合实现，强调对象间的动态关系（运行期可调整）。
  其余 21 种均为对象模式，更灵活，是设计模式的主流。

总结

三大类设计模式从不同维度解决软件设计问题：

• 创建型：控制对象创建，解耦创建与使用；
• 结构型：优化类 / 对象组合，构建灵活结构；
• 行为型：规范对象交互，分配职责与算法