UML
- 泛化(继承非抽象类):带空心三角形的直线表示
- 实现(继承抽象类,类实现接口):带空心三角形的虚线表示
- 依赖:类与类之间最弱的关系,依赖可以简单的理解一个类使用了另一个类:带箭头的虚线表示依赖
- 关联:一个类和另一类有联系:带箭头的实线表示
关联关系是一种包含关系,在UML中用一个带箭头的实线表示,箭头指向被包含类。在UML类中有如下几种。1..1:表示另一个类的一个对象只与该类的一个对象有关系0..*:表示另一个类的一个对象与该类的零个或多个对象有关系1..*:表示另一个类的一个对象与该类的一个或多个对象有关系0..1:表示另一个类的一个对象没有或只与该类的一个对象有关系* :任意多个对象关联
- 聚合:表示整体与部分的关系,但是部分可以脱离整体而存在:带空心菱形的直线加箭头表示,has-a关系
- 组合:部分和整体的关系,但是部分存活周期受到整体的影响,若整体不存在则部分也将不存在。此时部分需在整体的构造方法中创建:带实心菱形的直线加箭头表示。
- 关系所表现的强弱程度依次为:组合>聚合>关联>依赖;
软件设计七大原则
- 开闭原则:对扩展开放,对修改封闭。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。所以一句话概括就是:为了使程序的扩展性好,易于维护和升级。
- 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,否则就应该把类拆分。
- 里氏替换原则:任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。
- 依赖倒置原则: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。
- 接口隔离原则: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
- 迪米特法则:一个类对自己依赖的类知道的越少越好。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。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。
- 合成复用原则:尽量首先使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。
创建型
工厂方法模式
定义:定义一个创建对象的接口,但让实现这里接口的类来决定实例化那个类,工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行
优点
- 用户只需要关心所需要产品的工厂,无需关心创建细节
- 加入新产品符合开闭原则,提高扩展性
缺点
- 类的个数容易过多,增加复杂度
- 增加了系统的抽象性和理解难度
适用场景
- 创建对象需要大量重复的代码
- 应用层不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节
- 一个类通过其子类来指定创建那个对象
抽象工厂模式
定义:抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口
优点
- 具体产品在应用层代码隔离,无需关心创建细节
- 将一个系列的产品族统一到一起创建
缺点
- 规定了所有可能被创建的产品集合,产品族中扩展新的产品困难,需要修改抽象工厂的接口
- 增加了系统的抽象性和理解难度
适用场景
- 应用层不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节
- 强调一系列相关的产品对象(属于同一产品族)一起使用创建对象需要大量重复代码
- 提供一个产品类的库,所有产品以同样的接口出现,从而使应用层依赖于具体实现
单例模式
注意:私有构造器、线程安全、延迟加载、序列化和反序列化安全、反射、cpu乱序执行优化
定义:保证一个类仅有一个实例,并提供一个全局访问点
优点
- 在内存里只有一个实例,减少了内存开销
- 可以避免对资源的多重占用
- 设置全局访问点,严格控制访问
缺点
- 没有接口、扩展困难
适用场景
- 想确保任何情况下都绝对只有一个实例
建造者模式
定义:将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示
优点
- 封装性好,创建和使用隔离
- 扩展性好、建造类之间独立、一定程度上解耦
缺点
- 会产生多余的Builder对象(使用Lombok的注解可以避免)
- 产品内部发生变化,建造者都要修改,成本较大(Lombok可以解决)
适用场景
- 如果一个对象有非常多的属性
- 想把复杂对象的创建和使用分离
原型模式
定义:指定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
优点
- 比直接new一个对象性能高
- 简化创建过程
缺点
- 必须配备克隆方法
- 对克隆复杂对象或对克隆出的对象进行复杂改造时,容易引入风险
- 深拷贝、浅拷贝要运用得当
适用场景
- 类初始化消耗较多资源
- new产生的一个对象需要非常繁琐的过程(数据准备、访问权限等)
- 构造函数比较复杂
- 循环体中产生大量对象时
行为型
适配器模式
定义:将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口
优点
- 能提高类的透明性和复用,现有的类复用但不需要改变
- 目标类和适配器类解耦,提高程序扩展性
- 符合开闭原则
缺点
- 适配器编写过程需要全面考虑,可能会增加系统的复杂性
- 增加系统代码可读的难度
适用场景
- 已经存在的类,它的方法和需求不匹配时(方法结果相同或相似)
- 不是软件设计阶段考虑的设计模式,是随着软件维护,由于不同产品、不同厂家造成功能类似而接口不同情况下的解决方案
装饰器模式
定义:在不改变原有对象的基础之上,将功能附加到对象上,提供了比继承更有弹性的替代方案
优点
- 继承的有力补充,比继承灵活,不改变原有对象的情况下给一个对象扩展功能
- 通过使用不同装饰类以及这些装饰类的排列组合,可以实现不同效果
- 符合开闭原则
缺点
- 会出现更多的代码,更多的类,增加程序复杂性
- 动态装饰时,多层装饰时会更复杂
适用场景
- 扩展一个类的功能或者添加附加职责
- 动态的给一个对象添加功能,这些功能可以再动态的撤销
代理模式
定义:为其他对象提供一种代理,以控制对这个对象的访问
优点
- 代理模式能将代理对象与真实被调用的目标对象分离
- 一定程度上降低了系统的耦合度,扩展性好
- 保护目标对象
- 增强目标对象
缺点
- 代理模式会造成系统设计中类的数目增加
- 在应用层和目标对象增加一个代理对象,会造成请求处理速度变慢
- 增加系统的复杂度
适用场景
- 保护目标对象
- 增强目标对象
外观模式
定义:提供了一个统一的接口,用来访问子系统中的一群接口
优点
- 简化了调用过程,无需深入了解子系统,防止带来风险
- 减少系统依赖,松散耦合
- 更好的划分访问层次
- 符合迪米特法则,即最少知道原则
缺点
- 增加子系统、扩展子系统行为容易引入风险
适用场景
- 子系统越来越复杂,增加增加外观模式提供简单调用接口
- 构建多层系统结构,利用外观对象作为每层的入口,简化层间的调用
桥接模式
定义:将抽象部分与具体实现部分分离,使他们可以独立变化,通过组合的方式建立两个类之间联系,而不是继承
优点
- 分离抽象部分和具体实现部分
- 提高了系统的可扩展性
- 符合开闭原则
- 符合合成复用原则
缺点
- 增加了系统的理解与设计难度
- 需要正确地识别出系统中两个独立变化的维度
适用场景
- 抽象和具体之间增加更多的灵活性
- 一个类存在两个(或多个)独立变化的维度,且这两个(或多个)维度都需要独立进行扩展
- 不希望使用继承,或者因为多层继承导致系统类的个数剧增
组合模式
定义:将对象组合成树型结构以表示“部分-整体”的层次结构
优点
- 清除地定义分层次的复杂对象,表示对象的全部或部分层次
- 让应用层忽略了层次的差异,方便对整个层次结构进行控制
- 简化应用层代码
- 符合开闭原则
缺点
- 限制类型时会比较复杂
- 使设计变得更加抽象
适用场景
- 希望应用层可以忽略组合对象与单个对象的差异时
- 处理一个树型结构时
享元模式
定义:提供了减少对象数量从而改善应用所需的对象结构的方式
优点
- 减少对象的创建,降低内存中对像的数量,降低系统的内存,提高效率
- 减少内存之外的其他资源占用
缺点
- 关注内/外部状态、关注线程安全问题
- 使系统、程序的逻辑复杂化
适用场景
- 常常应用于系统底层的开发,以便解决系统的性能问题
- 系统有大量相似对象、需要缓冲池的场景
结构型
策略模式
定义:定义了算法家族,分别封装起来,让它们之间可以相互替换,此模式让算法的变化不会影响到使用算法的用户
优点
- 开闭原则
- 避免使用多重条件转移语句
- 提高算法的保密性和安全性
缺点
- 应用层必须知道所有的策略类,并自行决定使用哪一个策略类
- 产生很多策略类
适用场景
- 系统有很多类,而他们的区别仅仅在于他们的行为不同
- 一个系统需要动态的在几种算法中选择一种
模板方法模式
定义:定义了一个算法的骨架,并允许子类为一个或多个步骤提供实现
优点
- 提高复用性
- 提高扩展性
- 符合开闭原则
缺点
- 类数目增加
- 增加了系统实现的复杂度
- 继承关系自身缺点,如果父类添加新的抽象方法,所有子类都要改一遍
适用场景
- 一次性实现一个算法的不可变的部分,并将可变的行为留给子类来实现
- 各子类中公共的行为被提取出来并集中到一个公共父类中,从而避免代码重复
观察者模式
定义:定义了对象之间的一对多依赖,让多个观察者对象同时监听某一个主题对象,当主题对象发生变化时,它的所有依赖者(观察者)都会收到通知并更新
优点
- 观察者和被观察者之间建立一个抽象的耦合
- 观察者模式支持广播通信
缺点
- 观察者之间有过多的细节依赖、提高时间消耗及程序复杂度
- 使用要得当,要避免循环调用
适用场景
- 关联行为场景,建立一套触发机制
迭代器模式
定义:提供一种方法,顺序访问一个集合对象中的各个元素,而又不暴露改对象的内部表示
优点
- 分离了集合对象的遍历行为
缺点
- 类的个数成对增加
适用场景
- 访问一个集合对象的内容而无需暴露它的内部表示
- 为遍历不同的集合结构提供一个统一的接口
责任链模式
定义:为请求创建一个接收此次请求对象的链
优点
- 请求的发送者和接收者解耦
- 责任链可以动态组合
缺点
- 责任链太长或者处理时间过长,影响性能
- 责任链有可能过多
适用场景
- 一个请求的处理需要多个对象当中的一个或几个协作处理
命令模式
定义:将请求封装成对象,以便使用不同的请求
优点
- 降低耦合
- 容易扩展新命令或一组命令
缺点
- 命令的无限扩展会增加类的数量,提高系统实现复杂度
适用场景
- 请求调用者和请求接受者需要解耦,使调用者和接受者不直接交互
- 需要抽象出等待执行的行为
备忘录模式
定义:保存一个对象的某个状态,以便在适当的时候恢复对象
优点
- 为用户提供一种可恢复机制
- 存档信息的封装
缺点
- 资源占用
适用场景
- 保存及恢复数据相关业务场景
- 后悔的时候,即想恢复到之前的状态
状态模式
定义:允许一个对象在其内部状态改变时,改变它的行为
优点
- 将不同的状态隔离
- 把各种状态的转换逻辑,分布到State的子类中,减少相互间依赖
- 增加新的状态非常简单
缺点
- 状态多的业务场景导致类数目增加,系统变复杂
适用场景
- 一个对象存在多个状态(不同状态下行为不同),且状态可相互转换
访问者模式
定义:封装作用于某数据结构(如List/Set/Map等)中的各个元素的操作
优点
- 增加新的操作很容易,即增加一个新的访问者
缺点
- 增加新的数据结构困难
- 具体元素变更比较麻烦
适用场景
- 一个数据结构如(List/Set/Map等)包含很多类型对象
- 数据结构与数据操作分离
中介者模式
定义:定义一个封装一组对象如何交互的对象
优点
- 将一对多转化成了一对一,降低程序复杂度
- 类之间解耦
缺点
- 中介者过多导致系统复杂
适用场景
- 系统中对象之间存在复杂的引用关系,产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解
- 交互的公共行为,如果需要改变行为则可以增加新的中介者类
解释器模式
定义:给定一个语言,定义它的文法的一种表示,并定义一个解释器,这个解释器使用该表示来解释语言中的句子
优点
- 语法由很多类表示,容易改变及扩展此“语言”
缺点
- 当语法规则数目太多时,增加了系统复杂度
适用场景
- 某个特定类型问题发生频率足够高