设计模式库

33 Design Patterns • 73 moderately realistic examples

什么是设计模式?

想象一下：

1. 盖房子的“套路”经验包：

   • 你是个建筑师，要盖各种房子（写程序）。

   • 盖了无数房子后，你发现：某些特定的问题（比如采光不好、空间利用率低、结构不稳）会反复出现。

   • 为了解决这些反复出现的特定问题，你和其他有经验的建筑师们总结出了一套又一套经过验证的、高效的、可复用的解决方案蓝图。

   • 这些蓝图不是具体的施工图（不是具体代码），而是解决问题的思路、原则和关键步骤的模板。比如：

     • 问题： 客户想要一个采光好又私密的客厅。

     • 经验套路/模式： “落地窗+百叶帘”组合（这是一种模式）。它告诉你在哪里开窗、用什么帘子，既保证光线又能遮挡视线，但不规定窗框颜色、帘子品牌。

     • 下次遇到类似需求，直接套用这个“模式”，省时省力效果好，不用每次都重新发明轮子。

2. 武林高手的“招式套路”：

   • 你是个学武的（程序员）。

   • 打架（写代码）时，面对敌人不同的进攻方式（不同的编程问题），光靠王八拳（想到哪写到哪）效率低、容易被打败（代码难维护、易出错）。

   • 武术大师们（资深程序员）经过无数实战，总结出了一些应对特定战斗场景的标准、高效、优雅的“招式组合”（设计模式）。

   • 比如：

     • 场景： 敌人从背后偷袭（需要灵活创建不同对象）。

     • 招式套路/模式： “回马枪”（比如 工厂模式）。它教你在转身的同时如何发力、刺枪的角度和时机，有效反击偷袭者（优雅地创建对象），而不是每次被偷袭都慌慌张张临时想对策（写一堆混乱的new）。

   • 学会这些“招式套路”，遇到对应场景就能熟练使出，事半功倍。

所以，简单总结设计模式就是：

它们是软件工程领域，由前辈高手们总结出来的、用于解决在软件设计中 反复出现的、特定类型问题 的、 最佳实践方案模板 。

• 解决什么问题？ 代码结构混乱、难以维护、难以扩展、难以复用、效率低下等常见痛点。

• 谁总结的？ 无数有经验的程序员（尤其是“四人帮”GoF那本书）。

• 本质是什么？ 不是具体的代码，而是高层次的、可复用的设计思路和蓝图。它告诉你“在这种情况下，通常这样组织你的类和对象，会比较好”。

• 目的是什么？

  • 提高代码质量： 让代码更清晰、更灵活、更健壮、更容易理解和修改（可维护性）。

  • 提高开发效率： 避免重复造轮子，遇到常见问题有成熟方案直接套用。

  • 促进团队沟通： 大家说“这里用个单例模式”，所有人都秒懂背后的设计意图，沟通成本大大降低。

关键类比：

• 菜谱： 告诉你做“鱼香肉丝”的标准步骤（模式），但你可以根据口味微调料量（具体实现）。设计模式就是“写优雅健壮代码的菜谱”。

• 棋谱： 围棋/象棋中的经典开局和应对招式（模式）。高手都懂这些棋谱，在特定局面下能快速选择最优策略。设计模式就是“软件设计这盘棋的棋谱”。

• 工具箱里的标准工具： 螺丝刀（单例模式）、扳手（工厂模式）、锤子（建造者模式）。每种工具（模式）都是为了解决特定类型的问题（拧螺丝、固定螺母、敲钉子）而设计的最佳工具。你用对了工具，干活就轻松高效。

记住核心：

• 不是银弹： 设计模式不是万能的，不能滥用。只在它适用的场景（反复出现的特定问题）下使用才有效。

• 重在理解思想： 不要死记硬背代码结构，要理解它解决什么痛点以及为什么这样设计能解决。

• 先模仿后创新： 就像练武术先学套路一样，学编程先理解和应用这些成熟模式，融会贯通后，才能达到“无招胜有招”的境界，根据实际情况灵活变通甚至创造新模式。

一句话最通俗版：

设计模式就是编程高手们总结的“套路”，专门用来优雅、高效地解决那些写代码时经常遇到的“老毛病”、“老难题”。学会这些套路，你的代码就能从“野路子”变成“正规军”，更好写、更好懂、更好改！

设计模式分类

设计模式主要分为一下几类:

🧱 1. 创建型设计模式：解决“对象怎么生出来？”的问题

核心：控制对象的创建过程，让“造东西”更灵活、更合理。
类比：工厂生产产品的不同方式。

• 单例模式：
  → “全球限量1辆的顶级跑车”
  整个公司（程序）只能有一辆CEO专用车（唯一实例），谁要用车都找这同一辆。

• 工厂模式：
  → “汽车工厂流水线”
  你说“我要SUV”（传参数），工厂就给你造一台SUV；你要轿车，就造轿车。你不需要知道流水线怎么焊接的（隐藏创建细节）。

• 建造者模式：
  → “定制高端电脑”
  客服（建造者）一步步问你：CPU要i7还是i9？内存32G还是64G？显卡用哪款？... 分步骤组装复杂对象，避免你买整机后自己拆装。

• 原型模式：
  → “复印机”
  已有1份完美合同（原型对象），下次需要新合同时直接复印（克隆），改个名字日期就能用，省去重写所有条款的时间。

总结：创建型模式 = 造东西的“聪明方法”
👉 避免到处写 new，解决“创建对象”时的灵活性、复杂度问题。

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🧩 2. 结构型设计模式：解决“对象怎么组装？”的问题

核心：把多个对象组合成更大结构，让协作更高效、更稳定。
类比：搭积木或装修房子的技巧。

• 适配器模式：
  → “电源转换插头”
  你的中国插头（对象A）没法插欧洲插座（对象B）。转换头（适配器）在中间一转接，立刻通电！

• 装饰器模式：
  → “给手机加配件”
  手机壳 + 镜头膜 + 游戏手柄... 层层叠加功能，不拆原手机（不修改原有类）。

• 代理模式：
  → “明星经纪人”
  你想找明星（核心对象）拍广告？先联系经纪人（代理）。经纪人负责安排档期、过滤垃圾请求（安全控制/延迟访问）。

• 组合模式：
  → “公司组织架构”
  部门（树枝节点）包含员工（叶子节点）。你发通知时，只需发给CEO（根节点），消息自动层层下达到所有员工（统一处理树形结构）。

• 外观模式：
  → “智能家居遥控器”
  看电影时，按1个键：自动关灯（对象A）+ 降窗帘（对象B）+ 开投影（对象C）。简化复杂系统的调用入口。

总结：结构型模式 = 拼装对象的“连接术”
👉 让多个独立对象组合出更强功能，解决“扩展性”和“复用性”问题。

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🎭 3. 行为型设计模式：解决“对象之间怎么互动？”的问题

核心：管理对象间的通信、职责分配和流程控制。
类比：团队协作的规则和流程。

• 观察者模式：
  → “微信公众号订阅”
  你关注了某个公众号（被观察者），它一发文（状态变化），所有粉丝（观察者）自动收到推送（通知）。

• 策略模式：
  → “导航软件的路线选择”
  去机场可选：最快路线、最省钱路线、避开高速路线（不同策略）。一键切换算法，不修改导航核心代码。

• 命令模式：
  → “餐厅点餐订单”
  你点的菜（命令对象）交给服务员（调用者），服务员转给厨师（接收者）。解耦点餐人和做菜人，支持撤销（退菜）或排队。

• 责任链模式：
  → “公司审批流程”
  报销单先交组长 → 金额超限转交经理 → 再超限转交总监。每个领导（对象）只处理自己能批的额度，传递下去。

• 状态模式：
  → “红绿灯自动切换”
  红灯（状态A）变绿灯（状态B）时，切换后行为自动改变（停→行），无需写一堆 if-else 判断当前状态。

总结：行为型模式 = 对象间的“协作术”
👉 让多个对象有条不紊地配合工作，解决“通信”和“流程控制”问题。

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🧠 终极总结：一张表看懂三类模式

类型	核心问题	生活比喻	经典模式举例
创建型	对象怎么创建？	生产产品（工厂/定制）	单例、工厂、建造者
结构型	对象怎么组装？	搭积木/装修（组合结构）	适配器、装饰器、代理
行为型	对象怎么协作？	团队分工（流程与通信）	观察者、策略、责任链

💡 简单记忆法：

• 创建型 → 关注 出生（new 对象）

• 结构型 → 关注 组合（对象之间的关系）

• 行为型 → 关注 互动（对象之间的对话）

就像盖房子：

1. 创建型决定砖头怎么烧制（单例：只有一种特制砖；工厂：按需造不同砖）

2. 结构型决定砖如何砌成墙（适配器：连接不同尺寸的砖；装饰器：给墙贴瓷砖）

3. 行为型决定房间如何协作（观察者：厨房烟雾报警通知客厅；策略：空调根据模式制冷/制热）

掌握这三类模式，你的代码就从“乱搭窝棚”升级到“建造摩天大楼”了！

#下面介绍创建型(Creational)设计模式:

🧱 一、创建型模式：武林中的“秘籍传承体系”

创建型模式的核心是如何高效、灵活地“创造对象”，就像武林中不同门派如何传承独门武功：

• 核心问题：避免直接用 new 反复造轮子，而是通过合理设计，让对象的创建更可控、更复用。

• 武林隐喻：高手不是天生就会武功，而是通过秘籍、师父或顿悟获得能力。不同门派（设计模式）的“授功方式”决定了武学修为的独特性、系统性和传承效率24。

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⚙️ 二、具体模式与天龙八部武学比喻

1. 单例模式 → 葵花宝典：独步天下的唯一绝学

• 秘籍特点：练成者当世仅能有一人，强行多人修炼必致走火入魔（多线程冲突）16。

• 设计模式核心：确保一个类全局只有一个实例，并提供统一访问点。

• 天龙比喻：

  • 萧峰的降龙十八掌：天下至刚至阳的武功，但真正练至化境的只有萧峰一人。聚贤庄大战中，他一人独战群雄，正如单例在系统中“唯一且全局可用”37。

  • 破解多线程（防走火）：

    • 饿汉式 → 扫地僧提前练好《易筋经》，随时可用（类加载即初始化）；

    • 双重校验锁 → 萧峰在少室山大战中，先“试探虚实”（第一次判空），再“以掌封路”（synchronized锁），最后“雷霆一击”（创建实例）46。

武林比喻	设计模式	核心特点	使用场景
葵花宝典唯一传人	单例模式	全局唯一实例，统一访问入口	配置管理、数据库连接池
萧峰的降龙十八掌	饿汉式/双重校验锁	线程安全，延迟加载或立即初始化	高并发环境下的资源管理

2. 工厂模式 → 少林七十二绝技：分门别类的武学流水线

• 简单工厂：罗汉堂基础教学

  • 少林罗汉堂弟子入门，师父根据资质（参数）直接传授“伏虎拳”或“拈花指”（返回不同对象）29。

  • 缺点：新增“无相劫指”需修改师父教案（违反开闭原则）。

• 工厂方法：达摩院专精培养

  • 达摩院分“拳术部”、“指法部”，各部首座（具体工厂）负责传授专精武功（如玄悲大师教“大韦陀杵”）。

  • 优点：要新增“刀法部”，只需加一个新首座，不动原有结构49。

• 抽象工厂：全套武学体系传承

  • 扫地僧代表“藏经阁体系工厂”，可生产配套内功（《易筋经》）、外功（《金刚不坏体》）、轻功（《一苇渡江》），风格统一，避免混搭走火710。

  • 对比工厂方法：若分开学，虚竹得找无崖子学内功、童姥学外功——抽象工厂像逍遥派“一键打包传功”10。

3. 建造者模式 → 虚竹学天山六阳掌：分步组装，终成绝技

• 核心思想：将复杂对象的构建拆解为多个步骤，由“导演”控制流程9。

• 天龙比喻：

  • 童姥教虚竹：
    ① 散功 → 化去少林内力（reset()）；
    ② 练气 → 引导北冥真气（buildEnergy()）；
    ③ 练招 → 学六阳掌招式（buildSkills()）；
    ④ 融合 → 生死符大成（getResult()）。

  • 若跳过“散功”强练，则如程序跳过初始化必崩溃310。

4. 原型模式 → 慕容复“以彼之道，还施彼身”

• 核心思想：复制现有对象，而非新建。分浅复制（只抄招式）和深复制（连内力一起复制）69。

• 天龙比喻：

  • 王语嫣口述武功：她熟读万卷武学（原型对象），段誉临敌时“复刻”她的指点（clone()）使出招式，省去自创时间10。

  • 游坦之吸冰蚕毒：继承冰蚕寒毒（浅拷贝），但未掌握运用方法，反遭反噬——如复制对象未完全克隆依赖项。

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💎 三、总结：设计模式与武学的共鸣

创建型模式的本质是控制对象的生成方式，恰似武林门派控制武学传承的途径：

模式	核心思想	武林隐喻	适用场景
单例模式	唯一实例，全局访问	葵花宝典唯一传人	全局配置、资源池
工厂模式	分离创建与使用逻辑	少林分院教学体系	多类对象统一创建入口
建造者模式	分步构建复杂对象	童姥分步传授虚竹逍遥派武学	多参数、多配置的对象初始化
原型模式	复制替代新建	慕容复复制对手武功反击	创建成本高、结构相似的对象

💡 金庸的启示：如虚竹因“无崖子传功”瞬间获得内力（原型模式），但若不懂运用（未重写克隆方法），仍难敌丁春秋。设计模式是“心法”，代码是“招式”，心法通透，方能以无招胜有招510。

若说代码是江湖，那创建型模式就是各派“授功秘术”——掌握它们，你也能像逍遥派掌门一样，随心所“造”，无惧复杂度挑战。

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• 工厂方法 Factory Method

• 抽象工厂 Abstract Factory

• 建造者 Builder

• 原型 Prototype

• 单例 Singleton