软件架构设计系列之十二（设计模式）

设计模式的概念

设计模式是用来在特定场景下解决一般设计问题的类和互相通信的对象的解决方案。通俗地说，设计模式是对某一类问题的通用解决方案。

在研究设计模式时需要注意以下两点：

（1）研究这些模式是一个方面，另一方面更要了解模式中的思想。设计模式本身是为了提高软件架构的质量，研究学习设计模式的目的也是为了提高架构设计的水平。虽然设计模式中描述的大多是面向对象的下层设计方案，但其中包含的却是软件设计的思想，同软件架构风格是一致的。例如，MVC 既可以看作一种设计模式也可以看作一种架构风格。掌握这种设计思想是非常有意义的。

（2）设计模式虽然可以使设计变得更精妙，但滥用设计模式会适得其反。在软件设计中使用设计模式，可以优化设计，提高架构质量。但是，首先，设计模式有其应用的场合，不合适的场合乱用设计模式有害无益；其次，设计模式主要解决对象之间相互通信、相互依赖的结构关系，架构设计师需要把握好使用设计模式的力度，过度的使用设计模式不但不会提高软件的复用性，反而会让架构变得混乱而难以维护。

设计模式的组成

一般情况，在描述一个设计模式时，至少需要包含四个方面：模式名称（Pattern name）、问题（Problem）、解决方案（Solution）、效果（Consequence）。这四个方面就是设计模式的四要素。每种设计模式都有自己的名字，也就是模式名称；设计模式都有其应用的场合，即该设计模式意图解决的问题，超出了这个问题就不应该再应用这种模式，所以问题是设计模式的第二要素；设计模式的目的就是解决问题，所以在描述设计模式时当然要有解决问题的方法描述，这就是设计模式的另外一个要素——解决方案；虽然架构设计师知道应用设计模式可以提高架构质量，提高软件的复用性，但对于每一种设计模式而言，还有其更具体的效果描述，所以设计模式的最后一个要素就是效果。

GoF设计模式

GoF（Gang of Four）将设计模式定义为：对被用来在特定场景下解决一般设计问题的类和互相通信的对象的描述。通俗地说，可以把设计模式理解为对某一类问题的通用解决方案。GoF 不仅第一次总结了设计中的常用模式，还在学术上建立了软件设计模式的地位。因此，人们习惯上把 GoF 提出的 23 个模式统称为 GoF 模式，这 23 个模式分别简述如下。

1、Factory Method（工厂）模式。Factory Method 模式提供了一种延迟创建类的方法，使用这个方法可以在运行期由子类决定创建哪一个类的实例。

2、Abstract Factory （抽象工厂）模式。Abstract Factory 又称为抽象工厂模式，该模式主要为解决复杂系统中对象创建的问题。抽象工厂模式提供了一个一致的对象创建接口来创建一系列具有相似基类或相似接口的对象。

3、Builder（建造者）模式。Builder 模式与 Abstract Factory 模式非常类似，但 Builder 模式是逐步地构造出一个复杂对象，并在最后返回对象的实例。Builder 模式可以把复杂对象的创建与表示分离，使得同样的创建过程可以创建不同的表示。

4、Prototype（原型）模式。Prototype 模式可以根据原型实例制定创建的对象的种类，并通过深复制这个原型来创建新的对象。Prototype 模式有着同 Abstract Factory 模式和 Builder 模式相同的效果，不过当需要实例化的类是在运行期才被指定的而且要避免创建一个与产品曾是平行的工厂类层次时，可以使用 Prototype 模式。使用 Prototype 模式可以在运行时增加或减少原型，比 Abstract Factory 和 Builder 模式更加灵活。

5、Singleton（单例）模式。Singleton 模式也是一种很有代表性的模式。使用 Singleton 模式可以保证一个类仅有一个实例，从而可以提供一个单一的全局访问点。

6、Adapter（适配器）模式。Adapter 模式可以解决系统间接口不相容的问题。通过 Adapter 可以把类的接口转化为客户程序所希望的接口，从而提高复用性。

7、Bridge（桥接）模式。Bridge 模式把类的抽象部分同实现部分相分离，这样类的抽象和实现都可以独立地变化。

8、Composite （组合）模式。Composite 模式提供了一种以树形结构组合对象的方法，使用Composite 可以使单个对象和组合后的对象具有一致性以提高软件的复用性。

9、Decorator（装饰器）模式。Decorator 模式可以动态地为对象的某一个方法增加更多的功能。在很多时候，使用 Decorator 模式可以不必继承出新的子类从而维护简洁的类继承结构。在 9.2 节中将对 Decorator 模式作更详细的介绍。

10、Facade（外观）模式。Facade 模式为一组类提供了一致的访问接口。使用 Facade 可以封装内部具有不同接口的类，使其对外提供统一的访问方式。Facade 模式在 J2EE 系统开发中发展为 Session Facade 模式。

11、Flyweight（享元）模式。Flyweight 模式可以共享大量的细粒度对象，从而节省创建对象所需要分配的空间，不过在时间上的开销会变大。

12、Proxy（代理）模式。顾名思义，Proxy 模式为对象提供了一种访问代理，通过对象 Proxy 可以控制客户程序的访问。例如：访问权限的控制、访问地址的控制、访问方式的控制等，甚至可以通过 Proxy 将开销较大的访问化整为零，提高访问效率。

13、Interpreter（解释器）模式。定义了一个解释器，来解释遵循给定语言和文法的句子。

14、Template Method（模板）模式。定义一个操作的模板，其中的一些步骤会在子类中实现，以适应不同的情况。

15、Chain of Responsibility（责任链）模式。Chain of Responsibility模式把可以响应请求的对象组织成一条链，并在这条对象链上传递请求，从而保证多个对象都有机会处理请求而且可以避免请求方和相应方的耦合。

16、Command（命令）模式。将请求封装为对象，从而增强请求的能力，如参数化、排队、记录日志等。

17、Iterator（迭代器）模式。Iterator 模式提供了顺序访问一个对象集合中的各元素的方法，使用 Iterator 可以避免暴露集合中对象的耦合关系。

18、Mediator（中介者）模式。Mediator 模式可以减少系统中对象间的耦合性。Mediator 模式使用中介对象封装其他的对象，从而使这些被封装的对象间的关系就成了松散耦合。

19、Memento（备忘录）模式。Memento 模式提供了一种捕获对象状态的方法，且不会破坏对象的封装。并且可以在对象外部保存对象的状态，并在需要的时候恢复对象状态。

20、Observer（观察者）模式。Observer 模式提供了将对象的状态广播到一组观察者的方式，从而可以让每个观察者随时可以得到对象更新的通知。

21、State（状态）模式。State 模式允许一个对象在其内部状态改变的时候改变它的行为。

22、Strategy（策略）模式。使用 Strategy 模式可以让对象中算法的变化独立于客户。

23、Visitor（访问者）模式。表示对某对象结构中各元素的操作，使用 Visitor 模式可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

评论：

软件架构与设计模式都是提高软件设计质量和开发效率的重要途径，体现软件设计开发的原理、思想、方法和技术。软件架构风格同设计模式在某种含义上是一致的。设计模式和软件架构中蕴含的很多思想是一致的。无论是架构风格还是设计模式，人们在追求良好设计的过程中，将一些常见解决方案总结、整理出来，形成固定的风格与模式。

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