设计模式

1.面向对象

• 面向对象编程是一种编程范式或编程风格。它以类或对象作为组织代码的基本单元，并将封装、抽象、继承、多态四个特性，作为代码设计和实现的基石 。
• 面向对象编程语言是支持类或对象的语法机制，并有现成的语法机制，能方便地实现面向对象编程四大特性（封装、抽象、继承、多态）的编程语言。

封装（Encapsulation）

封装也叫作信息隐藏或者数据访问保护。类通过暴露有限的访问接口，授权外部仅能通过类提供的方式（或者叫函数）来访问内部信息或者数据

抽象（Abstraction）

封装主要讲的是如何隐藏信息、保护数据，而抽象讲的是如何隐藏方法的具体实现，让调用者只需要关心方法提供了哪些功能，并不需要知道这些功能是如何实现的。

继承（Inheritance）

继承是用来表示类之间的is-a关系，比如猫是一种哺乳动物。从继承关系上来讲，继承可以分为两种模式，单继承和多继承。单继承表示一个子类只继承一个父类，多继承表示一个子类可以继承多个父类，比如猫既是哺乳动物，又是爬行动物。

多态（Polymorphism）

多态。多态是指，子类可以替换父类，在实际的代码运行过程中，调用子类的方法实现。

贫血模型

只包含数据，不包含业务逻辑的类，就叫作贫血模型

充血模型

在贫血模型中，数据和业务逻辑被分割到不同的类中。充血模型（Rich Domain Model）正好相反，数据和对应的业务逻辑被封装到同一个类中。因此，这种充血模型满足面向对象的封装特性，是典型的面向对象编程风格。

领域驱动设计（DDD）

领域驱动设计，即DDD，主要是用来指导如何解耦业务系统，划分业务模块，定义业务领域模型及其交互。领域驱动设计这个概念并不新颖，早在2004年就被提出了，到现在已经有十几年的历史了。不过，它被大众熟知，还是基于另一个概念的兴起，那就是微服务。

设计原则（SOLID）

单一职责原则SRP

1.如何理解单一职责原则（SRP）？

一个类只负责完成一个职责或者功能。不要设计大而全的类，要设计粒度小、功能单一的类。单一职责原则是为了实现代码高内聚、低耦合，提高代码的复用性、可读性、可维护性。

2.如何判断类的职责是否足够单一？

不同的应用场景、不同阶段的需求背景、不同的业务层面，对同一个类的职责是否单一，可能会有不同的判定结果。实际上，一些侧面的判断指标更具有指导意义和可执行性，比如，出现下面这些情况就有可能说明这类的设计不满足单一职责原则：

• 类中的代码行数、函数或者属性过多；
• 类依赖的其他类过多，或者依赖类的其他类过多；
• 私有方法过多；
• 比较难给类起一个合适的名字；
• 类中大量的方法都是集中操作类中的某几个属性。

开闭原则OCP

1.如何理解“对扩展开放、对修改关闭”？

添加一个新的功能，应该是通过在已有代码基础上扩展代码（新增模块、类、方法、属性等），而非修改已有代码（修改模块、类、方法、属性等）的方式来完成。关于定义，我们有两点要注意。第一点是，开闭原则并不是说完全杜绝修改，而是以最小的修改代码的代价来完成新功能的开发。第二点是，同样的代码改动，在粗代码粒度下，可能被认定为“修改”；在细代码粒度下，可能又被认定为“扩展”。

2.如何做到“对扩展开放、修改关闭”？

我们要时刻具备扩展意识、抽象意识、封装意识。在写代码的时候，我们要多花点时间思考一下，这段代码未来可能有哪些需求变更，如何设计代码结构，事先留好扩展点，以便在未来需求变更的时候，在不改动代码整体结构、做到最小代码改动的情况下，将新的代码灵活地插入到扩展点上。

很多设计原则、设计思想、设计模式，都是以提高代码的扩展性为最终目的的。特别是23种经典设计模式，大部分都是为了解决代码的扩展性问题而总结出来的，都是以开闭原则为指导原则的。最常用来提高代码扩展性的方法有：多态、依赖注入、基于接口而非实现编程，以及大部分的设计模式（比如，装饰、策略、模板、职责链、状态）。

里式替换LSP

里式替换原则是用来指导，继承关系中子类该如何设计的一个原则。理解里式替换原则，最核心的就是理解“design by contract，按照协议来设计”这几个字。父类定义了函数的“约定”（或者叫协议），那子类可以改变函数的内部实现逻辑，但不能改变函数原有的“约定”。这里的约定包括：函数声明要实现的功能；对输入、输出、异常的约定；甚至包括注释中所罗列的任何特殊说明。

理解这个原则，我们还要弄明白里式替换原则跟多态的区别。虽然从定义描述和代码实现上来看，多态和里式替换有点类似，但它们关注的角度是不一样的。多态是面向对象编程的一大特性，也是面向对象编程语言的一种语法。它是一种代码实现的思路。而里式替换是一种设计原则，用来指导继承关系中子类该如何设计，子类的设计要保证在替换父类的时候，不改变原有程序的逻辑及不破坏原有程序的正确性。

接口隔离原则ISP

1.如何理解“接口隔离原则”？

理解“接口隔离原则”的重点是理解其中的“接口”二字。这里有三种不同的理解。

如果把“接口 ”理解为一组接口集合，可以是某个微服务的接口，也可以是某个类库的接口等。如果部分接口只被部分调用者使用，我们就需要将这部分接口隔离出来，单独给这部分调用者使用，而不强迫其他调用者也依赖这部分不会被用到的接口。

如果把“接口”理解为单个API接口或函数，部分调用者只需要函数中的部分功能，那我们就需要把函数拆分成粒度更细的多个函数，让调用者只依赖它需要的那个细粒度函数。

如果把“接口”理解为OOP中的接口，也可以理解为面向对象编程语言中的接口语法。那接口的设计要尽量单一，不要让接口的实现类和调用者，依赖不需要的接口函数。

2.接口隔离原则与单一职责原则的区别

单一职责原则针对的是模块、类、接口的设计。接口隔离原则相对于单一职责原则，一方面更侧重于接口的设计，另一方面它的思考角度也是不同的。接口隔离原则提供了一种判断接口的职责是否单一的标准：通过调用者如何使用接口来间接地判定。如果调用者只使用部分接口或接口的部分功能，那接口的设计就不够职责单一。

依赖反转（DIP）

1.控制反转

实际上，控制反转是一个比较笼统的设计思想，并不是一种具体的实现方法，一般用来指导框架层面的设计。这里所说的“控制”指的是对程序执行流程的控制，而“反转”指的是在没有使用框架之前，程序员自己控制整个程序的执行。在使用框架之后，整个程序的执行流程通过框架来控制。流程的控制权从程序员“反转”给了框架。

2.依赖注入

依赖注入和控制反转恰恰相反，它是一种具体的编码技巧。我们不通过new的方式在类内部创建依赖类的对象，而是将依赖的类对象在外部创建好之后，通过构造函数、函数参数等方式传递（或注入）给类来使用。

3.依赖注入框架

我们通过依赖注入框架提供的扩展点，简单配置一下所有需要的类及其类与类之间依赖关系，就可以实现由框架来自动创建对象、管理对象的生命周期、依赖注入等原本需要程序员来做的事情。

4.依赖反转原则

依赖反转原则也叫作依赖倒置原则。这条原则跟控制反转有点类似，主要用来指导框架层面的设计。高层模块不依赖低层模块，它们共同依赖同一个抽象。抽象不要依赖具体实现细节，具体实现细节依赖抽象。

KISS

尽量保持简单

• Keep It Short and Simple.

KISS原则是保持代码可读和可维护的重要手段。KISS原则中的“简单”并不是以代码行数来考量的。代码行数越少并不代表代码越简单，我们还要考虑逻辑复杂度、实现难度、代码的可读性等。而且，本身就复杂的问题，用复杂的方法解决，并不违背KISS原则。除此之外，同样的代码，在某个业务场景下满足KISS原则，换一个应用场景可能就不满足了。

对于如何写出满足KISS原则的代码，我还总结了下面几条指导原则：

• 不要使用同事可能不懂的技术来实现代码；
• 不要重复造轮子，要善于使用已经有的工具类库；
• 不要过度优化。

YAGNI

YAGNI原则的英文全称是：You Ain’t Gonna Need It。直译就是：你不会需要它。这条原则也算是万金油了。当用在软件开发中的时候，它的意思是：不要去设计当前用不到的功能；不要去编写当前用不到的代码。实际上，这条原则的核心思想就是：不要做过度设计

DRY原则

我们今天讲了三种代码重复的情况：实现逻辑重复、功能语义重复、代码执行重复。实现逻辑重复，但功能语义不重复的代码，并不违反DRY原则。实现逻辑不重复，但功能语义重复的代码，也算是违反DRY原则。除此之外，代码执行重复也算是违反DRY原则。

代码复用性

今天，我们讲到提高代码可复用性的一些方法，有以下7点。

• 减少代码耦合
• 满足单一职责原则
• 模块化
• 业务与非业务逻辑分离
• 通用代码下沉
• 继承、多态、抽象、封装
• 应用模板等设计模式

实际上，除了上面讲到的这些方法之外，复用意识也非常重要。在设计每个模块、类、函数的时候，要像设计一个外部API一样去思考它的复用性。

我们在第一次写代码的时候，如果当下没有复用的需求，而未来的复用需求也不是特别明确，并且开发可复用代码的成本比较高，那我们就不需要考虑代码的复用性。在之后开发新的功能的时候，发现可以复用之前写的这段代码，那我们就重构这段代码，让其变得更加可复用。

相比于代码的可复用性，DRY原则适用性更强一些。我们可以不写可复用的代码，但一定不能写重复的代码。

迪米特法则

1.如何理解“高内聚、松耦合”？

“高内聚、松耦合”是一个非常重要的设计思想，能够有效提高代码的可读性和可维护性，缩小功能改动导致的代码改动范围。“高内聚”用来指导类本身的设计，“松耦合”用来指导类与类之间依赖关系的设计。

所谓高内聚，就是指相近的功能应该放到同一个类中，不相近的功能不要放到同一类中。相近的功能往往会被同时修改，放到同一个类中，修改会比较集中。所谓松耦合指的是，在代码中，类与类之间的依赖关系简单清晰。即使两个类有依赖关系，一个类的代码改动也不会或者很少导致依赖类的代码改动。

2.如何理解“迪米特法则”？

不该有直接依赖关系的类之间，不要有依赖；有依赖关系的类之间，尽量只依赖必要的接口。迪米特法则是希望减少类之间的耦合，让类越独立越好。每个类都应该少了解系统的其他部分。一旦发生变化，需要了解这一变化的类就会比较少。

创建型

创建型模式主要解决对象的创建问题，封装复杂的创建过程，解耦对象的创建代码和使用代码。

单例模式用来创建全局唯一的对象。工厂模式用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。建造者模式是用来创建复杂对象，可以通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。原型模式针对创建成本比较大的对象，利用对已有对象进行复制的方式进行创建，以达到节省创建时间的目的。

单例模式

1.单例的定义

单例设计模式（Singleton Design Pattern）理解起来非常简单。一个类只允许创建一个对象（或者叫实例），那这个类就是一个单例类，这种设计模式就叫作单例设计模式，简称单例模式。

2.单例的用处

从业务概念上，有些数据在系统中只应该保存一份，就比较适合设计为单例类。比如，系统的配置信息类。除此之外，我们还可以使用单例解决资源访问冲突的问题。

3.单例的实现

单例有下面几种经典的实现方式。

• 饿汉式

饿汉式的实现方式，在类加载的期间，就已经将instance静态实例初始化好了，所以，instance实例的创建是线程安全的。不过，这样的实现方式不支持延迟加载实例。

• 懒汉式

懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。这种实现方式会导致频繁加锁、释放锁，以及并发度低等问题，频繁的调用会产生性能瓶颈。

• 双重检测

双重检测实现方式既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式。只要instance被创建之后，再调用getInstance()函数都不会进入到加锁逻辑中。所以，这种实现方式解决了懒汉式并发度低的问题。

• 静态内部类

利用Java的静态内部类来实现单例。这种实现方式，既支持延迟加载，也支持高并发，实现起来也比双重检测简单。

• 枚举

最简单的实现方式，基于枚举类型的单例实现。这种实现方式通过Java枚举类型本身的特性，保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。

1.单例存在哪些问题？

• 单例对OOP特性的支持不友好
• 单例会隐藏类之间的依赖关系
• 单例对代码的扩展性不友好
• 单例对代码的可测试性不友好
• 单例不支持有参数的构造函数

2.单例有什么替代解决方案？

为了保证全局唯一，除了使用单例，我们还可以用静态方法来实现。不过，静态方法这种实现思路，并不能解决我们之前提到的问题。如果要完全解决这些问题，我们可能要从根上，寻找其他方式来实现全局唯一类了。比如，通过工厂模式、IOC容器（比如Spring IOC容器）来保证，由程序员自己来保证（自己在编写代码的时候自己保证不要创建两个类对象）。

有人把单例当作反模式，主张杜绝在项目中使用。我个人觉得这有点极端。模式没有对错，关键看你怎么用。如果单例类并没有后续扩展的需求，并且不依赖外部系统，那设计成单例类就没有太大问题。对于一些全局的类，我们在其他地方new的话，还要在类之间传来传去，不如直接做成单例类，使用起来简洁方便。

1.如何理解单例模式的唯一性？

单例类中对象的唯一性的作用范围是“进程唯一”的。“进程唯一”指的是进程内唯一，进程间不唯一；“线程唯一”指的是线程内唯一，线程间可以不唯一。实际上，“进程唯一”就意味着线程内、线程间都唯一，这也是“进程唯一”和“线程唯一”的区别之处。“集群唯一”指的是进程内唯一、进程间也唯一。

2.如何实现线程唯一的单例？

我们通过一个HashMap来存储对象，其中key是线程ID，value是对象。这样我们就可以做到，不同的线程对应不同的对象，同一个线程只能对应一个对象。实际上，Java语言本身提供了ThreadLocal并发工具类，可以更加轻松地实现线程唯一单例。

3.如何实现集群环境下的单例？

我们需要把这个单例对象序列化并存储到外部共享存储区（比如文件）。进程在使用这个单例对象的时候，需要先从外部共享存储区中将它读取到内存，并反序列化成对象，然后再使用，使用完成之后还需要再存储回外部共享存储区。为了保证任何时刻在进程间都只有一份对象存在，一个进程在获取到对象之后，需要对对象加锁，避免其他进程再将其获取。在进程使用完这个对象之后，需要显式地将对象从内存中删除，并且释放对对象的加锁。

4.如何实现一个多例模式？

“单例”指的是一个类只能创建一个对象。对应地，“多例”指的就是一个类可以创建多个对象，但是个数是有限制的，比如只能创建3个对象。多例的实现也比较简单，通过一个Map来存储对象类型和对象之间的对应关系，来控制对象的个数。

工厂模式

当创建逻辑比较复杂，是一个“大工程”的时候，我们就考虑使用工厂模式，封装对象的创建过程，将对象的创建和使用相分离。何为创建逻辑比较复杂呢？我总结了下面两种情况。

• 第一种情况：类似规则配置解析的例子，代码中存在if-else分支判断，动态地根据不同的类型创建不同的对象。针对这种情况，我们就考虑使用工厂模式，将这一大坨if-else创建对象的代码抽离出来，放到工厂类中。
• 还有一种情况，尽管我们不需要根据不同的类型创建不同的对象，但是，单个对象本身的创建过程比较复杂，比如前面提到的要组合其他类对象，做各种初始化操作。在这种情况下，我们也可以考虑使用工厂模式，将对象的创建过程封装到工厂类中。

对于第一种情况，当每个对象的创建逻辑都比较简单的时候，我推荐使用简单工厂模式，将多个对象的创建逻辑放到一个工厂类中。当每个对象的创建逻辑都比较复杂的时候，为了避免设计一个过于庞大的简单工厂类，我推荐使用工厂方法模式，将创建逻辑拆分得更细，每个对象的创建逻辑独立到各自的工厂类中。同理，对于第二种情况，因为单个对象本身的创建逻辑就比较复杂，所以，我建议使用工厂方法模式。

除了刚刚提到的这几种情况之外，如果创建对象的逻辑并不复杂，那我们就直接通过new来创建对象就可以了，不需要使用工厂模式。

现在，我们上升一个思维层面来看工厂模式，它的作用无外乎下面这四个。这也是判断要不要使用工厂模式的最本质的参考标准。

• 封装变化：创建逻辑有可能变化，封装成工厂类之后，创建逻辑的变更对调用者透明。
• 代码复用：_x0008_创建代码抽离到独立的工厂类之后可以复用。
• 隔离复杂性：封装复杂的创建逻辑，调用者无需了解如何创建对象。
• 控制复杂度：将创建代码抽离出来，让原本的函数或类职责更单一，代码更简洁。

DI容器在一些软件开发中已经成为了标配，比如Spring IOC、Google Guice。但是，大部分人可能只是把它当作一个黑盒子来使用，并未真正去了解它的底层是如何实现的。当然，如果只是做一些简单的小项目，简单会用就足够了，但是，如果我们面对的是非常复杂的系统，当系统出现问题的时候，对底层原理的掌握程度，决定了我们排查问题的能力，直接影响到我们排查问题的效率。

今天，我们讲解了一个简单的DI容器的实现原理，其核心逻辑主要包括：配置文件解析，以及根据配置文件通过“反射”语法来创建对象。其中，创建对象的过程就应用到了我们在学的工厂模式。对象创建、组装、管理完全有DI容器来负责，跟具体业务代码解耦，让程序员聚焦在业务代码的开发上。

建造者模式（构建者模式，也有人叫它生成器模式）

建造者模式的原理和实现比较简单，重点是掌握应用场景，避免过度使用。

如果一个类中有很多属性，为了避免构造函数的参数列表过长，影响代码的可读性和易用性，我们可以通过构造函数配合set()方法来解决。但是，如果存在下面情况中的任意一种，我们就要考虑使用建造者模式了。

• 我们把类的必填属性放到构造函数中，强制创建对象的时候就设置。如果必填的属性有很多，把这些必填属性都放到构造函数中设置，那构造函数就又会出现参数列表很长的问题。如果我们把必填属性通过set()方法设置，那校验这些必填属性是否已经填写的逻辑就无处安放了。
• 如果类的属性之间有一定的依赖关系或者约束条件，我们继续使用构造函数配合set()方法的设计思路，那这些依赖关系或约束条件的校验逻辑就无处安放了。
• 如果我们希望创建不可变对象，也就是说，对象在创建好之后，就不能再修改内部的属性值，要实现这个功能，我们就不能在类中暴露set()方法。构造函数配合set()方法来设置属性值的方式就不适用了。

除此之外，在今天的讲解中，我们还对比了工厂模式和建造者模式的区别。工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。建造者模式是用来创建一种类型的复杂对象，可以通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。

与工厂模式有何区别？

从上面的讲解中，我们可以看出，建造者模式是让建造者类来负责对象的创建工作。上一节课中讲到的工厂模式，是由工厂类来负责对象创建的工作。那它们之间有什么区别呢？

实际上，工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。建造者模式是用来创建一种类型的复杂对象，通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。

网上有一个经典的例子很好地解释了两者的区别。

顾客走进一家餐馆点餐，我们利用工厂模式，根据用户不同的选择，来制作不同的食物，比如披萨、汉堡、沙拉。对于披萨来说，用户又有各种配料可以定制，比如奶酪、西红柿、起司，我们通过建造者模式根据用户选择的不同配料来制作披萨。

实际上，我们也不要太学院派，非得把工厂模式、建造者模式分得那么清楚，我们需要知道的是，每个模式为什么这么设计，能解决什么问题。只有了解了这些最本质的东西，我们才能不生搬硬套，才能灵活应用，甚至可以混用各种模式创造出新的模式，来解决特定场景的问题。

原型模式

1.什么是原型模式？

如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（大部分字段都相同），在这种情况下，我们可以利用对已有对象（原型）进行复制（或者叫拷贝）的方式，来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型设计模式，简称原型模式。

2.原型模式的两种实现方法

原型模式有两种实现方法，深拷贝和浅拷贝。浅拷贝只会复制对象中基本数据类型数据和引用对象的内存地址，不会递归地复制引用对象，以及引用对象的引用对象……而深拷贝得到的是一份完完全全独立的对象。所以，深拷贝比起浅拷贝来说，更加耗时，更加耗内存空间。

如果要拷贝的对象是不可变对象，浅拷贝共享不可变对象是没问题的，但对于可变对象来说，浅拷贝得到的对象和原始对象会共享部分数据，就有可能出现数据被修改的风险，也就变得复杂多了。除非像我们今天实战中举的那个例子，需要从数据库中加载10万条数据并构建散列表索引，操作非常耗时，这种情况下比较推荐使用浅拷贝，否则，没有充分的理由，不要为了一点点的性能提升而使用浅拷贝。

结构型

代理模式

1.代理模式的原理与实现

在不改变原始类（或叫被代理类）的情况下，通过引入代理类来给原始类附加功能。一般情况下，我们让代理类和原始类实现同样的接口。但是，如果原始类并没有定义接口，并且原始类代码并不是我们开发维护的。在这种情况下，我们可以通过让代理类继承原始类的方法来实现代理模式。

2.动态代理的原理与实现

静态代理需要针对每个类都创建一个代理类，并且每个代理类中的代码都有点像模板式的“重复”代码，增加了维护成本和开发成本。对于静态代理存在的问题，我们可以通过动态代理来解决。我们不事先为每个原始类编写代理类，而是在运行的时候动态地创建原始类对应的代理类，然后在系统中用代理类替换掉原始类。

3.代理模式的应用场景

代理模式常用在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。我们将这些附加功能与业务功能解耦，放到代理类统一处理，让程序员只需要关注业务方面的开发。除此之外，代理模式还可以用在RPC、缓存等应用场景中。

桥接模式

对于这个模式有两种不同的理解方式。在GoF的《设计模式》一书中，桥接模式被定义为：“将抽象和实现解耦，让它们可以独立变化。”在其他资料和书籍中，还有另外一种更加简单的理解方式：“一个类存在两个（或多个）独立变化的维度，我们通过组合的方式，让这两个（或多个）维度可以独立进行扩展。”

对于第一种GoF的理解方式，弄懂定义中“抽象”和“实现”两个概念，是理解它的关键。定义中的“抽象”，指的并非“抽象类”或“接口”，而是被抽象出来的一套“类库”，它只包含骨架代码，真正的业务逻辑需要委派给定义中的“实现”来完成。而定义中的“实现”，也并非“接口的实现类”，而是一套独立的“类库”。“抽象”和“实现”独立开发，通过对象之间的组合关系，组装在一起。

对于第二种理解方式，它非常类似我们之前讲过的“组合优于继承”设计原则，通过组合关系来替代继承关系，避免继承层次的指数级爆炸。

装饰器模式

装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题，通过组合来替代继承。它主要的作用是给原始类添加增强功能。这也是判断是否该用装饰器模式的一个重要的依据。除此之外，装饰器模式还有一个特点，那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这个应用场景，在设计的时候，装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

适配器模式

适配器模式是用来做适配，它将不兼容的接口转换为可兼容的接口，让原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。适配器模式有两种实现方式：类适配器和对象适配器。其中，类适配器使用继承关系来实现，对象适配器使用组合关系来实现。

一般来说，适配器模式可以看作一种“补偿模式”，用来补救设计上的缺陷。应用这种模式算是“无奈之举”，如果在设计初期，我们就能协调规避接口不兼容的问题，那这种模式就没有应用的机会了。

那在实际的开发中，什么情况下才会出现接口不兼容呢？我总结下了下面这样5种场景：

• 封装有缺陷的接口设计
• 统一多个类的接口设计
• 替换依赖的外部系统
• 兼容老版本接口
• 适配不同格式的数据

代理、桥接、装饰器、适配器4种设计模式的区别

代理、桥接、装饰器、适配器，这4种模式是比较常用的结构型设计模式。它们的代码结构非常相似。笼统来说，它们都可以称为Wrapper模式，也就是通过Wrapper类二次封装原始类。

尽管代码结构相似，但这4种设计模式的用意完全不同，也就是说要解决的问题、应用场景不同，这也是它们的主要区别。这里我就简单说一下它们之间的区别。

代理模式：代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同。

桥接模式：桥接模式的目的是将接口部分和实现部分分离，从而让它们可以较为容易、也相对独立地加以改变。

装饰器模式：装饰者模式在不改变原始类接口的情况下，对原始类功能进行增强，并且支持多个装饰器的嵌套使用。

适配器模式：适配器模式是一种事后的补救策略。适配器提供跟原始类不同的接口，而代理模式、装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口。

门面模式（外观模式）

门面模式为子系统提供一组统一的接口，定义一组高层接口让子系统更易用。

我们知道，类、模块、系统之间的“通信”，一般都是通过接口调用来完成的。接口设计的好坏，直接影响到类、模块、系统是否好用。所以，我们要多花点心思在接口设计上。我经常说，完成接口设计，就相当于完成了一半的开发任务。只要接口设计得好，那代码就差不到哪里去。

接口粒度设计得太大，太小都不好。太大会导致接口不可复用，太小会导致接口不易用。在实际的开发中，接口的可复用性和易用性需要“微妙”的权衡。针对这个问题，我的一个基本的处理原则是，尽量保持接口的可复用性，但针对特殊情况，允许提供冗余的门面接口，来提供更易用的接口。

门面模式除了解决接口易用性问题之外，我们今天还讲到了其他2个应用场景，用它来解决性能问题和分布式事务问题。

组合模式

组合模式的设计思路，与其说是一种设计模式，倒不如说是对业务场景的一种数据结构和算法的抽象。其中，数据可以表示成树这种数据结构，业务需求可以通过在树上的递归遍历算法来实现。

组合模式，将一组对象组织成树形结构，将单个对象和组合对象都看做树中的节点，以统一处理逻辑，并且它利用树形结构的特点，递归地处理每个子树，依次简化代码实现。使用组合模式的前提在于，你的业务场景必须能够表示成树形结构。所以，组合模式的应用场景也比较局限，它并不是一种很常用的设计模式。

享元模式

1.享元模式的原理

所谓“享元”，顾名思义就是被共享的单元。享元模式的意图是复用对象，节省内存，前提是享元对象是不可变对象。具体来讲，当一个系统中存在大量重复对象的时候，我们就可以利用享元模式，将对象设计成享元，在内存中只保留一份实例，供多处代码引用，这样可以减少内存中对象的数量，以起到节省内存的目的。实际上，不仅仅相同对象可以设计成享元，对于相似对象，我们也可以将这些对象中相同的部分（字段），提取出来设计成享元，让这些大量相似对象引用这些享元。

2.享元模式的实现

享元模式的代码实现非常简单，主要是通过工厂模式，在工厂类中，通过一个Map或者List来缓存已经创建好的享元对象，以达到复用的目的。

3.享元模式VS单例、缓存、对象池

我们前面也多次提到，区别两种设计模式，不能光看代码实现，而是要看设计意图，也就是要解决的问题。这里的区别也不例外。

我们可以用简单几句话来概括一下它们之间的区别。应用单例模式是为了保证对象全局唯一。应用享元模式是为了实现对象复用，节省内存。缓存是为了提高访问效率，而非复用。池化技术中的“复用”理解为“重复使用”，主要是为了节省时间。

在Java Integer的实现中，-128到127之间的整型对象会被事先创建好，缓存在IntegerCache类中。当我们使用自动装箱或者valueOf()来创建这个数值区间的整型对象时，会复用IntegerCache类事先创建好的对象。这里的IntegerCache类就是享元工厂类，事先创建好的整型对象就是享元对象。

在Java String类的实现中，JVM开辟一块存储区专门存储字符串常量，这块存储区叫作字符串常量池，类似于Integer中的IntegerCache。不过，跟IntegerCache不同的是，它并非事先创建好需要共享的对象，而是在程序的运行期间，根据需要来创建和缓存字符串常量。

除此之外，这里我再补充强调一下。

实际上，享元模式对JVM的垃圾回收并不友好。因为享元工厂类一直保存了对享元对象的引用，这就导致享元对象在没有任何代码使用的情况下，也并不会被JVM垃圾回收机制自动回收掉。因此，在某些情况下，如果对象的生命周期很短，也不会被密集使用，利用享元模式反倒可能会浪费更多的内存。所以，除非经过线上验证，利用享元模式真的可以大大节省内存，否则，就不要过度使用这个模式，为了一点点内存的节省而引入一个复杂的设计模式，得不偿失啊。

行为型

观察者模式

在对象之间定义一个一对多的依赖，当一个对象状态改变的时候，所有依赖的对象都会自动收到通知。

一般情况下，被依赖的对象叫作被观察者（Observable），依赖的对象叫作观察者（Observer）。不过，在实际的项目开发中，这两种对象的称呼是比较灵活的，有各种不同的叫法，比如：Subject-Observer、Publisher-Subscriber、Producer-Consumer、EventEmitter-EventListener、Dispatcher-Listener。不管怎么称呼，只要应用场景符合刚刚给出的定义，都可以看作观察者模式。

设计模式要干的事情就是解耦，创建型模式是将创建和使用代码解耦，结构型模式是将不同功能代码解耦，行为型模式是将不同的行为代码解耦，具体到观察者模式，它将观察者和被观察者代码解耦。借助设计模式，我们利用更好的代码结构，将一大坨代码拆分成职责更单一的小类，让其满足开闭原则、高内聚低耦合等特性，以此来控制和应对代码的复杂性，提高代码的可扩展性。

观察者模式的应用场景非常广泛，小到代码层面的解耦，大到架构层面的系统解耦，再或者一些产品的设计思路，都有这种模式的影子，比如，邮件订阅、RSS Feeds，本质上都是观察者模式。不同的应用场景和需求下，这个模式也有截然不同的实现方式，有同步阻塞的实现方式，也有异步非阻塞的实现方式；有进程内的实现方式，也有跨进程的实现方式。

模版模式

模板方法模式在一个方法中定义一个算法骨架，并将某些步骤推迟到子类中实现。模板方法模式可以让子类在不改变算法整体结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。这里的“算法”，我们可以理解为广义上的“业务逻辑”，并不特指数据结构和算法中的“算法”。这里的算法骨架就是“模板”，包含算法骨架的方法就是“模板方法”，这也是模板方法模式名字的由来。

在模板模式经典的实现中，模板方法定义为final，可以避免被子类重写。需要子类重写的方法定义为abstract，可以强迫子类去实现。不过，在实际项目开发中，模板模式的实现比较灵活，以上两点都不是必须的。

模板模式有两大作用：复用和扩展。其中，复用指的是，所有的子类可以复用父类中提供的模板方法的代码。扩展指的是，框架通过模板模式提供功能扩展点，让框架用户可以在不修改框架源码的情况下，基于扩展点定制化框架的功能。

今天，我们重点介绍了回调。它跟模板模式具有相同的作用：代码复用和扩展。在一些框架、类库、组件等的设计中经常会用到。

相对于普通的函数调用，回调是一种双向调用关系。A类事先注册某个函数F到B类，A类在调用B类的P函数的时候，B类反过来调用A类注册给它的F函数。这里的F函数就是“回调函数”。A调用B，B反过来又调用A，这种调用机制就叫作“回调”。

回调可以细分为同步回调和异步回调。从应用场景上来看，同步回调看起来更像模板模式，异步回调看起来更像观察者模式。回调跟模板模式的区别，更多的是在代码实现上，而非应用场景上。回调基于组合关系来实现，模板模式基于继承关系来实现，回调比模板模式更加灵活。

策略模式

策略模式用来解耦策略的定义、创建、使用。实际上，一个完整的策略模式就是由这三个部分组成的。

• 策略类的定义比较简单，包含一个策略接口和一组实现这个接口的策略类。
• 策略的创建由工厂类来完成，封装策略创建的细节。
• 策略模式包含一组策略可选，客户端代码如何选择使用哪个策略，有两种确定方法：编译时静态确定和运行时动态确定。其中，“运行时动态确定”才是策略模式最典型的应用场景。

除此之外，我们还可以通过策略模式来移除if-else分支判断。实际上，这得益于策略工厂类，更本质上点讲，是借助“查表法”，根据type查表替代根据type分支判断。

一提到策略模式，有人就觉得，它的作用是避免if-else分支判断逻辑。实际上，这种认识是很片面的。策略模式主要的作用还是解耦策略的定义、创建和使用，控制代码的复杂度，让每个部分都不至于过于复杂、代码量过多。除此之外，对于复杂代码来说，策略模式还能让其满足开闭原则，添加新策略的时候，最小化、集中化代码改动，减少引入bug的风险。

职责链模式

将请求的发送和接收解耦，让多个接收对象都有机会处理这个请求。将这些接收对象串成一条链，并沿着这条链传递这个请求，直到链上的某个接收对象能够处理它为止

在职责链模式中，多个处理器依次处理同一个请求。一个请求先经过A处理器处理，然后再把请求传递给B处理器，B处理器处理完后再传递给C处理器，以此类推，形成一个链条。链条上的每个处理器各自承担各自的处理职责，所以叫作职责链模式。

在GoF的定义中，一旦某个处理器能处理这个请求，就不会继续将请求传递给后续的处理器了。当然，在实际的开发中，也存在对这个模式的变体，那就是请求不会中途终止传递，而是会被所有的处理器都处理一遍。

职责链模式有两种常用的实现。一种是使用链表来存储处理器，另一种是使用数组来存储处理器，后面一种实现方式更加简单。

职责链模式常用在框架开发中，用来实现框架的过滤器、拦截器功能，让框架的使用者在不需要修改框架源码的情况下，添加新的过滤拦截功能。这也体现了之前讲到的对扩展开放、对修改关闭的设计原则。

状态模式

今天我们讲解了状态模式。虽然网上有各种状态模式的定义，但是你只要记住状态模式是状态机的一种实现方式即可。状态机又叫有限状态机，它有3个部分组成：状态、事件、动作。其中，事件也称为转移条件。事件触发状态的转移及动作的执行。不过，动作不是必须的，也可能只转移状态，不执行任何动作。

针对状态机，今天我们总结了三种实现方式。

第一种实现方式叫分支逻辑法。利用if-else或者switch-case分支逻辑，参照状态转移图，将每一个状态转移原模原样地直译成代码。对于简单的状态机来说，这种实现方式最简单、最直接，是首选。

第二种实现方式叫查表法。对于状态很多、状态转移比较复杂的状态机来说，查表法比较合适。通过二维数组来表示状态转移图，能极大地提高代码的可读性和可维护性。

第三种实现方式叫状态模式。对于状态并不多、状态转移也比较简单，但事件触发执行的动作包含的业务逻辑可能比较复杂的状态机来说，我们首选这种实现方式。

迭代器模式

迭代器模式，也叫游标模式。它用来遍历集合对象。这里说的“集合对象”，我们也可以叫“容器”“聚合对象”，实际上就是包含一组对象的对象，比如，数组、链表、树、图、跳表。

一个完整的迭代器模式，一般会涉及容器和容器迭代器两部分内容。为了达到基于接口而非实现编程的目的，容器又包含容器接口、容器实现类，迭代器又包含迭代器接口、迭代器实现类。容器中需要定义iterator()方法，用来创建迭代器。迭代器接口中需要定义hasNext()、currentItem()、next()三个最基本的方法。容器对象通过依赖注入传递到迭代器类中。

遍历集合一般有三种方式：for循环、foreach循环、迭代器遍历。后两种本质上属于一种，都可以看作迭代器遍历。相对于for循环遍历，利用迭代器来遍历有下面三个优势：

• 迭代器模式封装集合内部的复杂数据结构，开发者不需要了解如何遍历，直接使用容器提供的迭代器即可；
• 迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来，放到迭代器类中，让两者的职责更加单一；
• 迭代器模式让添加新的遍历算法更加容易，更符合开闭原则。除此之外，因为迭代器都实现自相同的接口，在开发中，基于接口而非实现编程，替换迭代器也变得更加容易。

在通过迭代器来遍历集合元素的同时，增加或者删除集合中的元素，有可能会导致某个元素被重复遍历或遍历不到。不过，并不是所有情况下都会遍历出错，有的时候也可以正常遍历，所以，这种行为称为结果不可预期行为或者未决行为。实际上，“不可预期”比直接出错更加可怕，有的时候运行正确，有的时候运行错误，一些隐藏很深、很难debug的bug就是这么产生的。

有两种比较干脆利索的解决方案，来避免出现这种不可预期的运行结果。一种是遍历的时候不允许增删元素，另一种是增删元素之后让遍历报错。第一种解决方案比较难实现，因为很难确定迭代器使用结束的时间点。第二种解决方案更加合理。Java语言就是采用的这种解决方案。增删元素之后，我们选择fail-fast解决方式，让遍历操作直接抛出运行时异常。

像Java语言，迭代器类中除了前面提到的几个最基本的方法之外，还定义了一个remove()方法，能够在遍历集合的同时，安全地删除集合中的元素。

访问者模式

访问者模式允许一个或者多个操作应用到一组对象上，设计意图是解耦操作和对象本身，保持类职责单一、满足开闭原则以及应对代码的复杂性。

对于访问者模式，学习的主要难点在代码实现。而代码实现比较复杂的主要原因是，函数重载在大部分面向对象编程语言中是静态绑定的。也就是说，调用类的哪个重载函数，是在编译期间，由参数的声明类型决定的，而非运行时，根据参数的实际类型决定的。

除此之外，我们今天重点讲解了Double Dispatch（双分派）。在面向对象编程语言中，方法调用可以理解为一种消息传递（Dispatch）。一个对象调用另一个对象的方法，就相当于给它发送一条消息，这条消息起码要包含对象名、方法名和方法参数。

所谓Single Dispatch，指的是执行哪个对象的方法，根据对象的运行时类型来决定；执行对象的哪个方法，根据方法参数的编译时类型来决定。所谓Double Dispatch，指的是执行哪个对象的方法，根据对象的运行时类型来决定；执行对象的哪个方法，根据方法参数的运行时类型来决定。

备忘录模式

备忘录模式也叫快照模式，具体来说，就是在不违背封装原则的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便之后恢复对象为先前的状态。这个模式的定义表达了两部分内容：一部分是，存储副本以便后期恢复；另一部分是，要在不违背封装原则的前提下，进行对象的备份和恢复。

备忘录模式的应用场景也比较明确和有限，主要是用来防丢失、撤销、恢复等。它跟平时我们常说的“备份”很相似。两者的主要区别在于，备忘录模式更侧重于代码的设计和实现，备份更侧重架构设计或产品设计。

对于大对象的备份来说，备份占用的存储空间会比较大，备份和恢复的耗时会比较长。针对这个问题，不同的业务场景有不同的处理方式。比如，只备份必要的恢复信息，结合最新的数据来恢复；再比如，全量备份和增量备份相结合，低频全量备份，高频增量备份，两者结合来做恢复

命令模式

落实到编码实现，命令模式用到最核心的实现手段，就是将函数封装成对象。我们知道，在大部分编程语言中，函数是没法作为参数传递给其他函数的，也没法赋值给变量。借助命令模式，我们将函数封装成对象，这样就可以实现把函数像对象一样使用。

命令模式的主要作用和应用场景，是用来控制命令的执行，比如，异步、延迟、排队执行命令、撤销重做命令、存储命令、给命令记录日志等等，这才是命令模式能发挥独一无二作用的地方。

解释器模式

解释器模式为某个语言定义它的语法（或者叫文法）表示，并定义一个解释器用来处理这个语法。实际上，这里的“语言”不仅仅指我们平时说的中、英、日、法等各种语言。从广义上来讲，只要是能承载信息的载体，我们都可以称之为“语言”，比如，古代的结绳记事、盲文、哑语、摩斯密码等。

要想了解“语言”要表达的信息，我们就必须定义相应的语法规则。这样，书写者就可以根据语法规则来书写“句子”（专业点的叫法应该是“表达式”），阅读者根据语法规则来阅读“句子”，这样才能做到信息的正确传递。而我们要讲的解释器模式，其实就是用来实现根据语法规则解读“句子”的解释器。

解释器模式的代码实现比较灵活，没有固定的模板。我们前面说过，应用设计模式主要是应对代码的复杂性，解释器模式也不例外。它的代码实现的核心思想，就是将语法解析的工作拆分到各个小类中，以此来避免大而全的解析类。一般的做法是，将语法规则拆分一些小的独立的单元，然后对每个单元进行解析，最终合并为对整个语法规则的解析。

中介模式

中介模式的设计思想跟中间层很像，通过引入中介这个中间层，将一组对象之间的交互关系（或者依赖关系）从多对多（网状关系）转换为一对多（星状关系）。原来一个对象要跟n个对象交互，现在只需要跟一个中介对象交互，从而最小化对象之间的交互关系，降低了代码的复杂度，提高了代码的可读性和可维护性。

观察者模式和中介模式都是为了实现参与者之间的解耦，简化交互关系。两者的不同在于应用场景上。在观察者模式的应用场景中，参与者之间的交互比较有条理，一般都是单向的，一个参与者只有一个身份，要么是观察者，要么是被观察者。而在中介模式的应用场景中，参与者之间的交互关系错综复杂，既可以是消息的发送者、也可以同时是消息的接收者。

总结

总结回顾。23种经典设计模式共分为3种类型，分别是创建型、结构型和行为型。今天，我们把这3种类型分成3个对应的小模块，逐一带你回顾一下每一种设计模式的原理、实现、设计意图和应用场景。

如果你看了之后，感觉都有印象，那就说明学得还不错；如果还能在脑子里形成自己的知识架构，闭上眼睛都能回忆上来，那说明你学得很好；如果能有自己的理解，并且在项目开发中，开始思考代码质量问题，开始用已经学过的设计模式来解决代码问题，那说明你已经掌握这些内容的精髓。

一、创建型设计模式

创建型设计模式包括：单例模式、工厂模式、建造者模式、原型模式。它主要解决对象的创建问题，封装复杂的创建过程，解耦对象的创建代码和使用代码。

1.单例模式

单例模式用来创建全局唯一的对象。一个类只允许创建一个对象（或者叫实例），那这个类就是一个单例类，这种设计模式就叫作单例模式。单例有几种经典的实现方式，它们分别是：饿汉式、懒汉式、双重检测、静态内部类、枚举。

尽管单例是一个很常用的设计模式，在实际的开发中，我们也确实经常用到它，但是，有些人认为单例是一种反模式（anti-pattern），并不推荐使用，主要的理由有以下几点：

• 单例对OOP特性的支持不友好
• 单例会隐藏类之间的依赖关系
• 单例对代码的扩展性不友好
• 单例对代码的可测试性不友好
• 单例不支持有参数的构造函数

那有什么替代单例的解决方案呢？如果要完全解决这些问题，我们可能要从根上寻找其他方式来实现全局唯一类。比如，通过工厂模式、IOC容器来保证全局唯一性。

有人把单例当作反模式，主张杜绝在项目中使用。我个人觉得这有点极端。模式本身没有对错，关键看你怎么用。如果单例类并没有后续扩展的需求，并且不依赖外部系统，那设计成单例类就没有太大问题。对于一些全局类，我们在其他地方new的话，还要在类之间传来传去，不如直接做成单例类，使用起来简洁方便。

除此之外，我们还讲到了进程唯一单例、线程唯一单例、集群唯一单例、多例等扩展知识点，这一部分在实际的开发中并不会被用到，但是可以扩展你的思路、锻炼你的逻辑思维。这里我就不带你回顾了，你可以自己回忆一下。

2.工厂模式

工厂模式包括简单工厂、工厂方法、抽象工厂这3种细分模式。其中，简单工厂和工厂方法比较常用，抽象工厂的应用场景比较特殊，所以很少用到，不是我们学习的重点。

工厂模式用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。实际上，如果创建对象的逻辑并不复杂，那我们直接通过new来创建对象就可以了，不需要使用工厂模式。当创建逻辑比较复杂，是一个“大工程”的时候，我们就考虑使用工厂模式，封装对象的创建过程，将对象的创建和使用相分离。

当每个对象的创建逻辑都比较简单的时候，我推荐使用简单工厂模式，将多个对象的创建逻辑放到一个工厂类中。当每个对象的创建逻辑都比较复杂的时候，为了避免设计一个过于庞大的工厂类，我们推荐使用工厂方法模式，将创建逻辑拆分得更细，每个对象的创建逻辑独立到各自的工厂类中。

详细点说，工厂模式的作用有下面4个，这也是判断要不要使用工厂模式最本质的参考标准。

• 封装变化：创建逻辑有可能变化，封装成工厂类之后，创建逻辑的变更对调用者透明。
• 代码复用：创建代码抽离到独立的工厂类之后可以复用。
• 隔离复杂性：封装复杂的创建逻辑，调用者无需了解如何创建对象。
• 控制复杂度：将创建代码抽离出来，让原本的函数或类职责更单一，代码更简洁。

除此之外，我们还讲了工厂模式一个非常经典的应用场景：依赖注入框架，比如Spring IOC、Google Guice，它用来集中创建、组装、管理对象，跟具体业务代码解耦，让程序员聚焦在业务代码的开发上。DI框架已经成为了我们平时开发的必备框架，在专栏中，我还带你实现了一个简单的DI框架，你可以再回过头去看看。

3.建造者模式

建造者模式用来创建复杂对象，可以通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。建造者模式的原理和实现比较简单，重点是掌握应用场景，避免过度使用。

如果一个类中有很多属性，为了避免构造函数的参数列表过长，影响代码的可读性和易用性，我们可以通过构造函数配合set()方法来解决。但是，如果存在下面情况中的任意一种，我们就要考虑使用建造者模式了。

• 我们把类的必填属性放到构造函数中，强制创建对象的时候就设置。如果必填的属性有很多，把这些必填属性都放到构造函数中设置，那构造函数就又会出现参数列表很长的问题。如果我们把必填属性通过set()方法设置，那校验这些必填属性是否已经填写的逻辑就无处安放了。
• 如果类的属性之间有一定的依赖关系或者约束条件，我们继续使用构造函数配合set()方法的设计思路，那这些依赖关系或约束条件的校验逻辑就无处安放了。
• 如果我们希望创建不可变对象，也就是说，对象在创建好之后，就不能再修改内部的属性值，要实现这个功能，我们就不能在类中暴露set()方法。构造函数配合set()方法来设置属性值的方式就不适用了。

4.原型模式

如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（大部分字段都相同），在这种情况下，我们可以利用对已有对象（原型）进行复制（或者叫拷贝）的方式，来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型模式。

原型模式有两种实现方法，深拷贝和浅拷贝。浅拷贝只会复制对象中基本数据类型数据和引用对象的内存地址，不会递归地复制引用对象，以及引用对象的引用对象……而深拷贝得到的是一份完完全全独立的对象。所以，深拷贝比起浅拷贝来说，更加耗时，更加耗内存空间。

如果要拷贝的对象是不可变对象，浅拷贝共享不可变对象是没问题的，但对于可变对象来说，浅拷贝得到的对象和原始对象会共享部分数据，就有可能出现数据被修改的风险，也就变得复杂多了。操作非常耗时的情况下，我们比较推荐使用浅拷贝，否则，没有充分的理由，不要为了一点点的性能提升而使用浅拷贝。

二、结构型设计模式

结构型模式主要总结了一些类或对象组合在一起的经典结构，这些经典的结构可以解决特定应用场景的问题。结构型模式包括：代理模式、桥接模式、装饰器模式、适配器模式、门面模式、组合模式、享元模式。

1.代理模式

代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同。一般情况下，我们让代理类和原始类实现同样的接口。但是，如果原始类并没有定义接口，并且原始类代码并不是我们开发维护的。在这种情况下，我们可以通过让代理类继承原始类的方法来实现代理模式。

静态代理需要针对每个类都创建一个代理类，并且每个代理类中的代码都有点像模板式的“重复”代码，增加了维护成本和开发成本。对于静态代理存在的问题，我们可以通过动态代理来解决。我们不事先为每个原始类编写代理类，而是在运行的时候动态地创建原始类对应的代理类，然后在系统中用代理类替换掉原始类。

代理模式常用在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。我们将这些附加功能与业务功能解耦，放到代理类统一处理，让程序员只需要关注业务方面的开发。除此之外，代理模式还可以用在RPC、缓存等应用场景中。

2.桥接模式

桥接模式的代码实现非常简单，但是理解起来稍微有点难度，并且应用场景也比较局限，所以，相对来说，桥接模式在实际的项目中并没有那么常用，你只需要简单了解，见到能认识就可以了，并不是我们学习的重点。

桥接模式有两种理解方式。第一种理解方式是“将抽象和实现解耦，让它们能独立开发”。这种理解方式比较特别，应用场景也不多。另一种理解方式更加简单，等同于“组合优于继承”设计原则，这种理解方式更加通用，应用场景比较多。不管是哪种理解方式，它们的代码结构都是相同的，都是一种类之间的组合关系。

对于第一种理解方式，弄懂定义中“抽象”和“实现”两个概念，是理解它的关键。定义中的“抽象”，指的并非“抽象类”或“接口”，而是被抽象出来的一套“类库”，它只包含骨架代码，真正的业务逻辑需要委派给定义中的“实现”来完成。而定义中的“实现”，也并非“接口的实现类”，而是的一套独立的“类库”。“抽象”和“实现”独立开发，通过对象之间的组合关系组装在一起。

3.装饰器模式

装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题，通过组合来替代继承，给原始类添加增强功能。这也是判断是否该用装饰器模式的一个重要的依据。除此之外，装饰器模式还有一个特点，那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这样的需求，在设计的时候，装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

4.适配器模式

代理模式、装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口，而适配器提供跟原始类不同的接口。适配器模式是用来做适配的，它将不兼容的接口转换为可兼容的接口，让原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。适配器模式有两种实现方式：类适配器和对象适配器。其中，类适配器使用继承关系来实现，对象适配器使用组合关系来实现。

适配器模式是一种事后的补救策略，用来补救设计上的缺陷。应用这种模式算是“无奈之举”。如果在设计初期，我们就能规避接口不兼容的问题，那这种模式就无用武之地了。在实际的开发中，什么情况下才会出现接口不兼容呢？我总结下了下面这5种场景：

• 封装有缺陷的接口设计
• 统一多个类的接口设计
• 替换依赖的外部系统
• 兼容老版本接口
• 适配不同格式的数据

5.门面模式

门面模式原理、实现都非常简单，应用场景比较明确。它通过封装细粒度的接口，提供组合各个细粒度接口的高层次接口，来提高接口的易用性，或者解决性能、分布式事务等问题。

6.组合模式

组合模式跟我们之前讲的面向对象设计中的“组合关系（通过组合来组装两个类）”，完全是两码事。这里讲的“组合模式”，主要是用来处理树形结构数据。正因为其应用场景的特殊性，数据必须能表示成树形结构，这也导致了这种模式在实际的项目开发中并不那么常用。但是，一旦数据满足树形结构，应用这种模式就能发挥很大的作用，能让代码变得非常简洁。

组合模式的设计思路，与其说是一种设计模式，倒不如说是对业务场景的一种数据结构和算法的抽象。其中，数据可以表示成树这种数据结构，业务需求可以通过在树上的递归遍历算法来实现。组合模式，将一组对象组织成树形结构，将单个对象和组合对象都看作树中的节点，以统一处理逻辑，并且它利用树形结构的特点，递归地处理每个子树，依次简化代码实现。

7.享元模式

所谓“享元”，顾名思义就是被共享的单元。享元模式的意图是复用对象，节省内存，前提是享元对象是不可变对象。

具体来讲，当一个系统中存在大量重复对象的时候，我们就可以利用享元模式，将对象设计成享元，在内存中只保留一份实例，供多处代码引用，这样可以减少内存中对象的数量，以起到节省内存的目的。实际上，不仅仅相同对象可以设计成享元，对于相似对象，我们也可以将这些对象中相同的部分（字段），提取出来设计成享元，让这些大量相似对象引用这些享元。

三、行为型设计模式

我们知道，创建型设计模式主要解决“对象的创建”问题，结构型设计模式主要解决“类或对象的组合”问题，那行为型设计模式主要解决的就是“类或对象之间的交互”问题。行为型模式比较多，有11种，它们分别是：观察者模式、模板模式、策略模式、职责链模式、迭代器模式、状态模式、访问者模式、备忘录模式、命令模式、解释器模式、中介模式。

1.观察者模式

观察者模式将观察者和被观察者代码解耦。观察者模式的应用场景非常广泛，小到代码层面的解耦，大到架构层面的系统解耦，再或者一些产品的设计思路，都有这种模式的影子，比如，邮件订阅、RSS Feeds，本质上都是观察者模式。

不同的应用场景和需求下，这个模式也有截然不同的实现方式：有同步阻塞的实现方式，也有异步非阻塞的实现方式；有进程内的实现方式，也有跨进程的实现方式。同步阻塞是最经典的实现方式，主要是为了代码解耦；异步非阻塞除了能实现代码解耦之外，还能提高代码的执行效率；进程间的观察者模式解耦更加彻底，一般是基于消息队列来实现，用来实现不同进程间的被观察者和观察者之间的交互。

框架的作用有隐藏实现细节，降低开发难度，实现代码复用，解耦业务与非业务代码，让程序员聚焦业务开发。针对异步非阻塞观察者模式，我们也可以将它抽象成EventBus框架来达到这样的效果。EventBus翻译为“事件总线”，它提供了实现观察者模式的骨架代码。我们可以基于此框架非常容易地在自己的业务场景中实现观察者模式，不需要从零开始开发。

2.模板模式

模板方法模式在一个方法中定义一个算法骨架，并将某些步骤推迟到子类中实现。模板方法模式可以让子类在不改变算法整体结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。这里的“算法”，我们可以理解为广义上的“业务逻辑”，并不特指数据结构和算法中的“算法”。这里的算法骨架就是“模板”，包含算法骨架的方法就是“模板方法”，这也是模板方法模式名字的由来。

模板模式有两大作用：复用和扩展。其中复用指的是，所有的子类可以复用父类中提供的模板方法的代码。扩展指的是，框架通过模板模式提供功能扩展点，让框架用户可以在不修改框架源码的情况下，基于扩展点定制化框架的功能。

除此之外，我们还讲到回调。它跟模板模式具有相同的作用：代码复用和扩展。在一些框架、类库、组件等的设计中经常会用到，比如JdbcTemplate就是用了回调。

相对于普通的函数调用，回调是一种双向调用关系。A类事先注册某个函数F到B类，A类在调用B类的P函数的时候，B类反过来调用A类注册给它的F函数。这里的F函数就是“回调函数”。A调用B，B反过来又调用A，这种调用机制就叫作“回调”。

回调可以细分为同步回调和异步回调。从应用场景上来看，同步回调看起来更像模板模式，异步回调看起来更像观察者模式。回调跟模板模式的区别，更多的是在代码实现上，而非应用场景上。回调基于组合关系来实现，模板模式基于继承关系来实现。回调比模板模式更加灵活。

3.策略模式

策略模式定义一组算法类，将每个算法分别封装起来，让它们可以互相替换。策略模式可以使算法的变化独立于使用它们的客户端（这里的客户端代指使用算法的代码）。策略模式用来解耦策略的定义、创建、使用。实际上，一个完整的策略模式就是由这三个部分组成的。

策略类的定义比较简单，包含一个策略接口和一组实现这个接口的策略类。策略的创建由工厂类来完成，封装策略创建的细节。策略模式包含一组策略可选，客户端代码选择使用哪个策略，有两种确定方法：编译时静态确定和运行时动态确定。其中，“运行时动态确定”才是策略模式最典型的应用场景。

在实际的项目开发中，策略模式也比较常用。最常见的应用场景是，利用它来避免冗长的if-else或switch分支判断。不过，它的作用还不止如此。它也可以像模板模式那样，提供框架的扩展点等等。实际上，策略模式主要的作用还是解耦策略的定义、创建和使用，控制代码的复杂度，让每个部分都不至于过于复杂、代码量过多。除此之外，对于复杂代码来说，策略模式还能让其满足开闭原则，添加新策略的时候，最小化、集中化代码改动，减少引入bug的风险。

4.职责链模式

在职责链模式中，多个处理器依次处理同一个请求。一个请求先经过A处理器处理，然后再把请求传递给B处理器，B处理器处理完后再传递给C处理器，以此类推，形成一个链条。链条上的每个处理器各自承担各自的处理职责，所以叫作职责链模式。

在GoF的定义中，一旦某个处理器能处理这个请求，就不会继续将请求传递给后续的处理器了。当然，在实际的开发中，也存在对这个模式的变体，那就是请求不会中途终止传递，而是会被所有的处理器都处理一遍。

职责链模式常用在框架开发中，用来实现过滤器、拦截器功能，让框架的使用者在不需要修改框架源码的情况下，添加新的过滤、拦截功能。这也体现了之前讲到的对扩展开放、对修改关闭的设计原则。

5.迭代器模式

迭代器模式也叫游标模式，它用来遍历集合对象。这里说的“集合对象”，我们也可以叫“容器”“聚合对象”，实际上就是包含一组对象的对象，比如，数组、链表、树、图、跳表。迭代器模式主要作用是解耦容器代码和遍历代码。大部分编程语言都提供了现成的迭代器可以使用，我们不需要从零开始开发。

遍历集合一般有三种方式：for循环、foreach循环、迭代器遍历。后两种本质上属于一种，都可以看作迭代器遍历。相对于for循环遍历，利用迭代器来遍历有3个优势：

• 迭代器模式封装集合内部的复杂数据结构，开发者不需要了解如何遍历，直接使用容器提供的迭代器即可；
• 迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来，放到迭代器类中，让两者的职责更加单一；
• 迭代器模式让添加新的遍历算法更加容易，更符合开闭原则。除此之外，因为迭代器都实现自相同的接口，在开发中，基于接口而非实现编程，替换迭代器也变得更加容易。

在通过迭代器来遍历集合元素的同时，增加或者删除集合中的元素，有可能会导致某个元素被重复遍历或遍历不到。针对这个问题，有两种比较干脆利索的解决方案，来避免出现这种不可预期的运行结果。一种是遍历的时候不允许增删元素，另一种是增删元素之后让遍历报错。第一种解决方案比较难实现，因为很难确定迭代器使用结束的时间点。第二种解决方案更加合理，Java语言就是采用的这种解决方案。增删元素之后，我们选择fail-fast解决方式，让遍历操作直接抛出运行时异常。

6.状态模式

状态模式一般用来实现状态机，而状态机常用在游戏、工作流引擎等系统开发中。状态机又叫有限状态机，它由3个部分组成：状态、事件、动作。其中，事件也称为转移条件。事件触发状态的转移及动作的执行。不过，动作不是必须的，也可能只转移状态，不执行任何动作。

针对状态机，我们总结了三种实现方式。

第一种实现方式叫分支逻辑法。利用if-else或者switch-case分支逻辑，参照状态转移图，将每一个状态转移原模原样地直译成代码。对于简单的状态机来说，这种实现方式最简单、最直接，是首选。

第二种实现方式叫查表法。对于状态很多、状态转移比较复杂的状态机来说，查表法比较合适。通过二维数组来表示状态转移图，能极大地提高代码的可读性和可维护性。

第三种实现方式就是利用状态模式。对于状态并不多、状态转移也比较简单，但事件触发执行的动作包含的业务逻辑可能比较复杂的状态机来说，我们首选这种实现方式。

7.访问者模式

访问者模式允许一个或者多个操作应用到一组对象上，设计意图是解耦操作和对象本身，保持类职责单一、满足开闭原则以及应对代码的复杂性。

对于访问者模式，学习的主要难点在代码实现。而代码实现比较复杂的主要原因是，函数重载在大部分面向对象编程语言中是静态绑定的。也就是说，调用类的哪个重载函数，是在编译期间，由参数的声明类型决定的，而非运行时，根据参数的实际类型决定的。除此之外，我们还讲到Double Disptach。如果某种语言支持Double Dispatch，那就不需要访问者模式了。

正是因为代码实现难理解，所以，在项目中应用这种模式，会导致代码的可读性比较差。如果你的同事不了解这种设计模式，可能就会读不懂、维护不了你写的代码。所以，除非不得已，不要使用这种模式。

8.备忘录模式

备忘录模式也叫快照模式，具体来说，就是在不违背封装原则的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便之后恢复对象为先前的状态。这个模式的定义表达了两部分内容：一部分是，存储副本以便后期恢复；另一部分是，要在不违背封装原则的前提下，进行对象的备份和恢复。

备忘录模式的应用场景也比较明确和有限，主要用来防丢失、撤销、恢复等。它跟平时我们常说的“备份”很相似。两者的主要区别在于，备忘录模式更侧重于代码的设计和实现，备份更侧重架构设计或产品设计。

对于大对象的备份来说，备份占用的存储空间会比较大，备份和恢复的耗时会比较长。针对这个问题，不同的业务场景有不同的处理方式。比如，只备份必要的恢复信息，结合最新的数据来恢复；再比如，全量备份和增量备份相结合，低频全量备份，高频增量备份，两者结合来做恢复。

9.命令模式

命令模式在平时工作中并不常用，你稍微了解一下就可以。

落实到编码实现，命令模式用到最核心的实现手段，就是将函数封装成对象。我们知道，在大部分编程语言中，函数是没法作为参数传递给其他函数的，也没法赋值给变量。借助命令模式，我们将函数封装成对象，这样就可以实现把函数像对象一样使用。

命令模式的主要作用和应用场景，是用来控制命令的执行，比如，异步、延迟、排队执行命令、撤销重做命令、存储命令、给命令记录日志等，这才是命令模式能发挥独一无二作用的地方。

10.解释器模式

解释器模式为某个语言定义它的语法（或者叫文法）表示，并定义一个解释器用来处理这个语法。实际上，这里的“语言”不仅仅指我们平时说的中、英、日、法等各种语言。从广义上来讲，只要是能承载信息的载体，我们都可以称之为“语言”，比如，古代的结绳记事、盲文、哑语、摩斯密码等。

要想了解“语言”要表达的信息，我们就必须定义相应的语法规则。这样，书写者就可以根据语法规则来书写“句子”（专业点的叫法应该是“表达式”），阅读者根据语法规则来阅读“句子”，这样才能做到信息的正确传递。而我们要讲的解释器模式，其实就是用来实现根据语法规则解读“句子”的解释器。

解释器模式的代码实现比较灵活，没有固定的模板。我们前面说过，应用设计模式主要是应对代码的复杂性，解释器模式也不例外。它的代码实现的核心思想，就是将语法解析的工作拆分到各个小类中，以此来避免大而全的解析类。一般的做法是，将语法规则拆分一些小的独立的单元，然后对每个单元进行解析，最终合并为对整个语法规则的解析。

11.中介模式

中介模式的设计思想跟中间层很像，通过引入中介这个中间层，将一组对象之间的交互关系（或者说依赖关系）从多对多（网状关系）转换为一对多（星状关系）。原来一个对象要跟n个对象交互，现在只需要跟一个中介对象交互，从而最小化对象之间的交互关系，降低了代码的复杂度，提高了代码的可读性和可维护性。

观察者模式和中介模式都是为了实现参与者之间的解耦，简化交互关系。两者的不同在于应用场景上。在观察者模式的应用场景中，参与者之间的交互比较有条理，一般都是单向的，一个参与者只有一个身份，要么是观察者，要么是被观察者。而在中介模式的应用场景中，参与者之间的交互关系错综复杂，既可以是消息的发送者、也可以同时是消息的接收者。

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