【软考-系统架构设计师】设计模式三大类型解析

---

设计模式三大类型深度解析

一、创建型模式（Creational Patterns）

核心目标：解耦对象的创建与使用过程，提供灵活的对象生成机制，降低系统对具体类的依赖。
适用场景：需要动态创建对象、隐藏对象创建细节或优化资源复用率的场景。

1. 单例模式（Singleton）

• 定义：确保一个类仅有一个实例，并提供全局访问点。
• 实现方式：饿汉式（类加载时初始化）、懒汉式（延迟加载）、双重校验锁（线程安全）等 。
• 应用案例：全局配置管理、数据库连接池、日志处理器。

2. 工厂方法模式（Factory Method）

• 定义：定义一个创建对象的接口，由子类决定实例化的具体类。
• 优势：支持扩展（新增产品只需增加子类），符合开闭原则 。
• 典型应用：日志记录器（文件日志、数据库日志）、UI组件生成。

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

• 定义：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而无需指定具体类。
• 场景：跨平台UI库（如Windows/Mac风格的按钮、文本框统一生成）。

4. 建造者模式（Builder）

• 定义：将复杂对象的构建与其表示分离，使同样的构建过程可创建不同形式的产品。
• 特点：分步构造、支持链式调用，适用于多参数对象（如HTTP请求配置）。

5. 原型模式（Prototype）

• 定义：通过复制现有实例创建新对象，避免重复初始化开销。
• 实现：实现Cloneable接口，深拷贝与浅拷贝需区分 。
• 应用场景：游戏中的角色复制、文档模板生成。

---

二、结构型模式（Structural Patterns）

核心目标：通过组合类或对象形成更大结构，提升系统灵活性和可维护性。
适用场景：需要简化对象间关系、扩展功能或优化资源使用的场景。

1. 适配器模式（Adapter）

• 定义：将一个类的接口转换为客户端期望的另一个接口，解决接口不兼容问题。
• 类型：类适配器（继承）、对象适配器（组合）。
• 案例：旧系统接口兼容（如将XML数据接口适配为JSON格式）。

2. 桥接模式（Bridge）

• 定义：将抽象部分与实现部分分离，使两者可独立变化。
• 优势：避免多层继承导致的类爆炸，支持多维度扩展（如形状与颜色的组合）。

3. 装饰模式（Decorator）

• 定义：动态地为对象添加额外职责，替代继承扩展功能。
• 应用：Java I/O流（BufferedReader装饰FileReader）、GUI组件增强。

4. 组合模式（Composite）

• 定义：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”层次，使客户端统一处理单个对象和组合对象。
• 典型场景：文件系统目录结构、菜单树管理。

5. 代理模式（Proxy）

• 定义：为其他对象提供代理以控制访问，常见类型包括虚拟代理（延迟加载）、保护代理（权限控制）和远程代理（网络通信）。
• 案例：Spring AOP中的动态代理、图片懒加载。

6. 享元模式（Flyweight）

• 定义：通过共享技术减少大量细粒度对象的内存消耗。
• 实现：分离内部状态（共享）与外部状态（非共享），如字符池、线程池。

---

三、行为型模式（Behavioral Patterns）

核心目标：优化对象间的通信与职责分配，增强系统行为的灵活性和可扩展性。
适用场景：需要管理复杂交互逻辑、动态调整行为或实现松耦合的场景。

1. 观察者模式（Observer）

• 定义：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖对象自动收到通知并更新。
• 实现：Java中的java.util.Observable、事件监听机制。

2. 策略模式（Strategy）

• 定义：封装一组算法，使其可互相替换，算法变化独立于客户端。
• 优势：避免多重条件判断，支持动态切换（如支付方式选择）。

3. 模板方法模式（Template Method）

• 定义：在父类中定义算法骨架，将某些步骤延迟到子类实现。
• 应用：框架设计（如Spring的JdbcTemplate）、业务流程标准化。

4. 状态模式（State）

• 定义：允许对象在其内部状态改变时改变行为，对象表现得像改变了类。
• 案例：订单状态流转（待支付、已发货、已完成）。

5. 责任链模式（Chain of Responsibility）

• 定义：将请求沿处理链传递，直到有对象处理它。
• 场景：审批流程、异常处理链。

6. 命令模式（Command）

• 定义：将请求封装为对象，支持请求的排队、记录、撤销等操作。
• 应用：GUI按钮操作、事务回滚机制。

---

总结与对比

类别	核心关注点	典型模式	设计原则体现
创建型模式	对象创建的灵活性与解耦	单例、工厂方法、抽象工厂	单一职责、开闭原则
结构型模式	类与对象的组合与结构优化	适配器、桥接、装饰	合成复用、接口隔离
行为型模式	对象间的交互与职责分配	观察者、策略、模板方法	依赖倒置、里氏替换

设计原则关联：

• 单一职责原则：工厂方法模式将对象创建职责分离。
• 开闭原则：策略模式通过扩展新算法而非修改现有代码实现功能增强。
• 合成复用原则：组合模式通过对象组合而非继承构建层次结构。

通过合理运用这三大类设计模式，能够构建高内聚、低耦合的软件系统，有效应对需求变化与系统扩展的挑战。具体模式的选择需结合业务场景与系统目标，避免过度设计。