23种设计模式

23 种设计模式详解-CSDN博客

一、三大分类（理解设计模式的骨架）

设计模式根据目的（解决什么问题）分为三类：

1. 创建型模式（5种）：关注“对象怎么产生”。核心是将对象的创建和使用分离，避免用new硬编码。
2. 结构型模式（7种）：关注“类和对象怎么组合”。核心是通过灵活组合形成更大结构，同时保持结构的可扩展性。
3. 行为型模式（11种）：关注“对象之间怎么交互、怎么分配职责”。核心是管理算法、职责和通信的流程。 23 种设计模式的英文名称

二、逐个击破：用“一句话核心 + 一个生活比喻”理解每种模式

创建型模式（5种）- 解决“怎么造对象”

结构型模式（7种）- 解决“怎么组合类和对象”

行为型模式（11种）- 解决“怎么分配职责和交互”

三、如何高效学习这23种模式？给你三步法

1. 先记住分类和典型代表：

   • 创建型：单例、工厂、建造者
   • 结构型：适配器、代理、装饰器
   • 行为型：策略、观察者、模板方法
   • 记住这9个，你已经能解决80%的常见设计问题。

2. 对比容易混淆的模式（这是理解深度的关键）：

   • 工厂方法 vs. 抽象工厂：一个是单个产品，一个是产品家族。
   • 适配器 vs. 桥接 vs. 装饰器：适配器是“改变接口”，桥接是“分离抽象与实现”，装饰器是“增强行为而不改变接口”。
   • 策略 vs. 状态：策略是“你主动选择算法”，状态是“状态自动改变行为”（二者结构相似但意图相反）。
   • 代理 vs. 装饰器：二者结构几乎一样，但意图不同：代理控制访问，装饰器增强功能。

3. 在真实代码中寻找模式：

   • 看Spring框架：单例（Bean默认）、工厂（BeanFactory）、代理（AOP）、适配器（HandlerAdapter）。
   • 看Java I/O：装饰器（new BufferedReader(new FileReader(...))）、适配器（InputStreamReader）。
   • 看GUI事件处理：观察者（Listener）、命令（Action）。

四、易混淆

1.切换主题

• 策略模式：封装一组可互换的算法/行为（如不同的排序、加密、校验规则）。它只有一个变化维度，上下文通过组合持有一个策略接口，运行时替换策略对象。
• 桥接模式：将抽象部分与实现部分分离，让两者可以独立变化。它处理两个（或以上）独立变化维度，例如主题类型（黑夜/白天）和主题的具体渲染方式（Web/App/不同控件库）。

2.抽象工厂与桥接

抽象工厂的新例子：不同主题的游戏怪物生成工厂

假设你在开发一款RPG游戏，游戏中有几种怪物类型：战士、法师、弓箭手。
游戏有两种主题（或者叫“场景/区域”）：

• 暗黑地牢主题：产生的怪物是暗黑战士、暗黑法师、暗黑弓箭手。
• 森林精灵主题：产生的怪物是精灵战士、精灵法师、精灵弓箭手。

玩家进入不同的区域时，需要一次性切换到该主题对应的全套怪物（而不是混搭，例如不能让暗黑战士和精灵法师同时出现在同一个主题下）。 使用抽象工厂模式：

怪物工厂接口（AbstractFactory）：
    - 创建战士()
    - 创建法师()
    - 创建弓箭手()
暗黑地牢工厂（ConcreteFactory1）：
    - 创建战士() -> 返回暗黑战士
    - 创建法师() -> 返回暗黑法师
    - 创建弓箭手() -> 返回暗黑弓箭手
森林精灵工厂（ConcreteFactory2）：
    - 创建战士() -> 返回精灵战士
    - 创建法师() -> 返回精灵法师
    - 创建弓箭手() -> 返回精灵弓箭手

客户端代码只需要持有一个工厂接口，当切换主题时，替换整个工厂实例，后续所有怪物创建都自动属于新主题。

为什么这个例子不容易与桥接模式混淆？

• 抽象工厂的核心：创建一系列相关产品（怪物家族），不同工厂产出不同产品族。产品之间是平行的、成套的，客户端会同时使用这一套产品。
• 桥接模式的核心：将两个独立变化的维度分离（例如“怪物类型”和“攻击方式”可以独立扩展），让它们可以分别变化和组合。桥接强调的是组合而非创建，且不保证产品成套。

举例对比：
如果用桥接去设计怪物，可能会把“怪物种类（战士/法师）”和“攻击特效（火焰/冰霜）”分开，这样你可以自由组合出“火焰战士”、“冰霜法师”等，而不需要为每种组合单独创建工厂。这与抽象工厂的“成套使用”是完全不同的意图。

其他可选的抽象工厂例子（同样不易混淆）

• 汽车生产线：SUV工厂生产（SUV轮胎、SUV发动机、SUV座椅）；跑车工厂生产（跑车轮胎、跑车发动机、跑车座椅）。整车厂需要同一系列的零件，不能混装。
• 餐厅套餐：儿童套餐工厂（汉堡、玩具、小杯可乐）；成人套餐工厂（三明治、咖啡、沙拉）。顾客点餐时直接选择一种套餐，而不是自由组合。

3.桥接和组合

核心区别：意图与结构完全不同

用一句话总结区别

• 桥接模式：解决“类爆炸”问题。通过组合将两个独立变化的维度连接起来，避免为每种组合都写一个类。（强调维度解耦）
• 组合模式：解决“树形结构”问题。通过递归组合让容器和叶子有相同的接口，让你可以像处理单个对象一样处理复杂树。（强调统一操作）

打个比方

• 桥接：一辆汽车（抽象）有发动机（实现）。你可以换汽油发动机或电动发动机，而不改变汽车的整体设计。汽车和发动机是“有一个”的关系，且不递归。
• 组合：一个军队。军队包含师，师包含团，团包含士兵。每个层级都支持“攻击()”操作。调用一个军队的攻击()，会递归调用所有下级单元的攻击()。这就是递归的树形结构。

为什么容易混淆“桥接”和“组合”？

因为两个模式都使用了对象组合（has-a）这个实现手段。但：

• 桥接用的组合是“一个对象拥有另一个对象”，且层级固定（两层）。
• 组合模式用的组合是“一个对象拥有多个对象”，且可以无限嵌套（树）。

记忆技巧：

• 桥接 = 横向组合（两个平级的维度拉在一起）
• 组合 = 纵向组合（父子递归）

4.建造者和模板

核心区别一句话

• 建造者模式：步骤固定，但每步的具体实现可以完全不同，最终返回一个产品。
• 模板方法模式：算法骨架固定，某些步骤由子类实现，通常不返回产品，而是执行一个流程。

对比表

图示对照

建造者模式（简化类图）：

Director ──持有──> Builder
    |                |
    |调用步骤         |实现步骤
    |                |
    +-- construct()  +-- buildPartA()
                     +-- buildPartB()
                     +-- getResult()

客户端：Director + ConcreteBuilder → 调用 getResult() 得到产品。

模板方法模式（简化类图）：

AbstractClass
    + templateMethod() {   // 固定骨架
        step1();
        step2();
        step3();
    }
    + step1() { ... }      // 已有默认实现
    # step2() = 0;         // 抽象方法，子类实现
    # step3() = 0;         // 抽象方法，子类实现
}

客户端：子类继承并实现抽象方法，调用 templateMethod()。

为什么容易混淆？

因为两者都封装了“不变的部分”（步骤顺序），并把“变化的部分”交给外部（建造者）或子类（模板方法）。但是：

• 建造者的变化是通过替换对象（不同的Builder）实现的，是组合方式。
• 模板方法的变化是通过继承（不同的子类）实现的，是继承方式。

一个更直观的对比例子

场景：制作披萨

• 建造者模式：披萨的制作步骤固定（做面饼 → 加酱料 → 加主料 → 加芝士 → 烘烤）。你可以选择不同的PizzaBuilder：海鲜披萨建造者、素食披萨建造者。最终返回一个Pizza对象。同一个Director（厨师长）指挥每个建造者完成披萨。
• 模板方法模式：定义一个PizzaMaker抽象类，其中makePizza()是模板方法，包含步骤：准备面饼、加配料、烘烤。但“加配料”是抽象方法，由子类（海鲜披萨Maker、素食披萨Maker）实现。不返回产品对象，而是直接执行制作流程（可能输出日志或保存到数据库）。

关键判别问题

如果你拿到一个设计，问自己：

1. 是否要生成一个复杂对象，并且这个对象可以有不同的内部表示？
   → 是 → 建造者模式。
   → 否 → 可能是模板方法或其他。
2. 是否通过继承来改变算法中的某些步骤，而整体流程保持不变？
   → 是 → 模板方法模式。
   → 否 → 可能是建造者。
3. 是否有独立的“指导者”来控制步骤顺序，而建造者只负责具体实现？
   → 是 → 建造者模式。
4. 是否客户端直接调用一个方法（模板方法），而无需关心对象构建？
   → 是 → 模板方法模式。

5.备忘录与命令

• 备忘录模式（Memento）的核心是保存对象的内部状态，以便后续恢复（例如撤销到某个历史状态）。它只负责状态的“快照”和“恢复”，不记录动作本身。
• 题目需求是：记录用户的所有动作，并支持撤销与重做。这需要将每个操作（如滤镜、裁剪、调色）封装成对象，并维护一个操作历史列表，以便依次撤销或重做。这正是命令模式的典型应用场景：
  • 命令模式将请求（动作）封装为对象，可存储、排队、撤销（undo()）、重做（redo()）。
  • 备忘录可以作为命令模式内部保存状态的一种手段（例如在执行命令前保存对象状态，撤销时恢复），但单独使用备忘录无法实现动作的历史管理和重做。

6.桥接和状态

1. 桥接模式需要“两个独立变化的维度”，但本题中的“照片特征”和“处理操作”并不是独立的——操作完全由特征决定，特征变化直接导致操作变化，不存在“自由组合”的场景。你不能说“低亮度特征”搭配“高对比度操作”，因为那是矛盾的。

2. 桥接模式是一种静态结构，通常在系统初始化时组合好抽象与实现；而本题需求强调的是运行时根据状态动态选择行为，是动态的行为切换。

3. 桥接模式不封装复杂的条件逻辑，它只是把两个维度连接起来；而本题明确提到“复杂的逻辑关系”，需要将这种逻辑集中管理，这正是状态模式的优势。

更适合的模式：状态模式（State）

• 状态模式允许对象在内部状态改变时改变其行为，看起来就像修改了类。
• 每个状态类封装了在该特征下应该执行的处理操作，以及状态转换逻辑。
• 完美匹配“根据特征选操作”的需求。