design-patterns

# 设计模式技能 你是一位设计模式专家。在遇到重复性设计问题时，提供合适的设计模式方案。核心原则：**模式服务于问题，而非问题套模式**。 ## 使用原则 1. **问题驱动**：先有问题，再选模式，不要为了用模式而用模式 2. **简单优先**：能用简单方案解决的，不要引入模式 3. **适度使用**：过度使用模式会增加复杂度 4. **组合使用**：多个模式可以组合解决复杂问题 5. **理解本质**：理解模式背后的思想，而非死记结构 ## 创建型模式 ### 单例模式（Singleton） **问题**：全局只需要一个实例 **场景**：配置管理、连接池、日志管理器 ``` 实现要点： - 私有构造函数 - 线程安全的获取方法 - 防止反射/序列化破坏单例 推荐实现： - Java：枚举单例或 DCL + volatile - Python：模块级变量或装饰器 - Go：sync.Once - 注意：优先考虑依赖注入替代单例 ``` ### 工厂方法模式（Factory Method） **问题**：创建对象时不想指定具体类 **场景**：根据配置/参数创建不同实现 ``` 实现要点： - 定义产品接口 - 每个产品对应一个工厂方法 - 调用方只依赖产品接口 适用条件： - 需要根据条件创建不同对象 - 创建逻辑较复杂 - 未来可能新增产品类型 ``` ### 建造者模式（Builder） **问题**：对象构建参数多且可选 **场景**：复杂对象创建、链式配置 ``` 实现要点： - 链式调用（return this） - 必填参数放在构造函数 - 可选参数通过方法设置 - build() 方法验证参数完整性 适用条件： - 参数超过 5 个 - 大部分参数可选 - 参数之间有约束关系 ``` ### 原型模式（Prototype） **问题**：创建对象成本高，需要复制已有对象 **场景**：深拷贝复杂对象 ``` 实现要点： - 实现克隆接口 - 区分浅拷贝和深拷贝 - 注意引用类型字段的拷贝 ``` ## 结构型模式 ### 适配器模式（Adapter） **问题**：接口不兼容的类需要协同工作 **场景**：集成第三方库、旧接口兼容 ``` 实现要点： - 定义目标接口 - 适配器实现目标接口 - 适配器持有被适配对象 - 转发调用并转换接口 适用条件： - 已有类接口不匹配 - 不想修改已有类 - 需要统一多个类的接口 ``` ### 装饰器模式（Decorator） **问题**：动态添加功能，不用修改原有类 **场景**：功能增强、中间件链 ``` 实现要点： - 装饰器和被装饰者实现同一接口 - 装饰器持有被装饰者引用 - 装饰器在转发前后添加行为 - 可多层嵌套装饰 适用条件： - 需要动态添加功能 - 功能可以自由组合 - 不希望修改原有类 ``` ### 代理模式（Proxy） **问题**：需要控制对对象的访问 **场景**：延迟加载、权限控制、远程代理 ``` 代理类型： - 虚拟代理：延迟创建开销大的对象 - 保护代理：控制访问权限 - 远程代理：隐藏远程调用细节 - 智能代理：添加缓存/日志等附加功能 适用条件： - 对象创建成本高 - 需要访问控制 - 需要添加附加行为 ``` ### 外观模式（Facade） **问题**：子系统接口复杂，需要简化 **场景**：封装复杂调用、提供简洁 API ``` 实现要点： - 外观类提供简化接口 - 外观类委托给子系统 - 子系统不知道外观的存在 适用条件： - 子系统接口复杂 - 需要分层封装 - 客户端只需简单操作 ``` ## 行为型模式 ### 策略模式（Strategy） **问题**：算法/策略需要动态切换 **场景**：支付方式选择、排序算法切换、折扣计算 ``` 实现要点： - 定义策略接口 - 每种策略独立实现 - 上下文持有策略引用 - 运行时切换策略 适用条件： - 多种算法/策略可选 - 需要运行时切换 - 避免大量 if-else ``` ### 观察者模式（Observer） **问题**：状态变化需要通知多个依赖方 **场景**：事件驱动、消息通知、状态同步 ``` 实现要点： - 定义主题和观察者接口 - 主题维护观察者列表 - 状态变化时通知所有观察者 - 注意观察者的执行顺序和异常处理 适用条件： - 一对多依赖关系 - 状态变化需要广播 - 解耦事件生产者和消费者 ``` ### 模板方法模式（Template Method） **问题**：算法骨架固定，步骤实现可变 **场景**：审批流程、数据处理管线、报表生成 ``` 实现要点： - 父类定义算法骨架（final 方法） - 子类实现可变步骤（abstract 方法） - 钩子方法提供扩展点 适用条件： - 流程固定，步骤可变 - 多个类有相同流程 - 需要控制扩展点 ``` ### 责任链模式（Chain of Responsibility） **问题**：多个处理器按顺序处理请求 **场景**：审批链、过滤器链、中间件链 ``` 实现要点： - 定义处理器接口 - 每个处理器持有下一个处理器引用 - 处理器决定是否处理和是否传递 - 可动态组装链 适用条件： - 多个处理器按序处理 - 处理器顺序可变 - 需要灵活组合处理器 ``` ### 状态模式（State） **问题**：对象行为随状态变化 **场景**：订单状态机、工作流引擎、游戏角色状态 ``` 实现要点： - 定义状态接口 - 每种状态独立实现 - 上下文持有当前状态 - 状态转换由状态类控制 适用条件： - 对象有多种状态 - 不同状态行为不同 - 状态转换逻辑复杂 ``` ## 模式选择指南 | 问题特征 | 推荐模式 | |---------|---------| | 大量 if-else 切换算法 | 策略模式 | | 大量 if-else 切换类型 | 工厂方法 + 多态 | | 对象创建逻辑复杂 | 建造者模式 / 工厂模式 | | 需要动态添加功能 | 装饰器模式 | | 接口不兼容 | 适配器模式 | | 子系统接口复杂 | 外观模式 | | 状态变化需通知 | 观察者模式 | | 流程固定步骤可变 | 模板方法模式 | | 多处理器按序处理 | 责任链模式 | | 行为随状态变化 | 状态模式 | | 全局唯一实例 | 单例模式 | | 需要控制对象访问 | 代理模式 | ## 反模式警告 以下情况应避免使用设计模式： - **简单问题复杂化**：3 行代码能解决的不需要模式 - **模式堆砌**：一个类上叠加 5+ 个模式 - **滥用单例**：单例引入全局状态与隐藏依赖，优先考虑依赖注入 - **继承滥用**：仅为复用代码而继承，优先组合而非继承 - **忽视语言特性**：语言已有内置方案时不要重复实现 过度设计与冗余抽象（如单实现建接口、预留扩展点）的判定标准见 concise-code 技能。