【不失业计划】设计模式 part3一行为型模式

转载说明：资料来源 https://design-patterns.readthedocs.io/zh_CN/latest/behavioral_patterns/behavioral.html 主要作为个人学习查阅资料，需要删除请联系

附另一直观设计模式学习网站：https://refactoringguru.cn/design-patterns

三、行为型模式

1、命令模式

定义

命令模式是一种行为设计模式， 它可将请求转换为一个包含与请求相关的所有信息的独立对象。 该转换让你能根据不同的请求将方法参数化、 延迟请求执行或将其放入队列中， 且能实现可撤销操作。

类比于

在市中心逛了很久的街后， 你找到了一家不错的餐厅， 坐在了临窗的座位上。 一名友善的服务员走近你， 迅速记下你点的食物， 写在一张纸上。 服务员来到厨房， 把订单贴在墙上。 过了一段时间， 厨师拿到了订单， 他根据订单来准备食物。 厨师将做好的食物和订单一起放在托盘上。 服务员看到托盘后对订单进行检查， 确保所有食物都是你要的， 然后将食物放到了你的桌上。

那张纸就是一个命令， 它在厨师开始烹饪前一直位于队列中。 命令中包含与烹饪这些食物相关的所有信息。 厨师能够根据它马上开始烹饪， 而无需跑来直接和你确认订单详情。

结构

• Command: 抽象命令类

• ConcreteCommand: 具体命令类

• Invoker: 调用者

• Receiver: 接收者

• Client:客户类

时序图

优点

• 单一职责原则。 你可以解耦触发和执行操作的类。
• 开闭原则。 你可以在不修改已有客户端代码的情况下在程序中创建新的命令。
• 你可以实现撤销和恢复功能。
• 你可以实现操作的延迟执行。
• 你可以将一组简单命令组合成一个复杂命令。

缺点

• 代码可能会变得更加复杂， 因为你在发送者和接收者之间增加了一个全新的层次。

使用场景

• **如果你需要通过操作来参数化对象， ** 可使用命令模式。

  命令模式可将特定的方法调用转化为独立对象。 这一改变也带来了许多有趣的应用： 你可以将命令作为方法的参数进行传递、 将命令保存在其他对象中， 或者在运行时切换已连接的命令等。

  举个例子： 你正在开发一个 GUI 组件 （例如上下文菜单）， 你希望用户能够配置菜单项， 并在点击菜单项时触发操作。

• 如果你想要将操作放入队列中、 操作的执行或者远程执行操作， 可使用命令模式。

  同其他对象一样， 命令也可以实现序列化 （序列化的意思是转化为字符串）， 从而能方便地写入文件或数据库中。 一段时间后， 该字符串可被恢复成为最初的命令对象。 因此， 你可以延迟或计划命令的执行。 但其功能远不止如此！ 使用同样的方式， 你还可以将命令放入队列、 记录命令或者通过网络发送命令。

• 如果你想要实现操作回滚功能， 可使用命令模式。

总结

• 在命令模式中，将一个请求封装为一个对象，从而使我们可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或者记录请求日志，以及支持可撤销的操作。命令模式是一种对象行为型模式，其别名为动作模式或事务模式。
• 命令模式包含四个角色：抽象命令类中声明了用于执行请求的execute()等方法，通过这些方法可以调用请求接收者的相关操作；具体命令类是抽象命令类的子类，实现了在抽象命令类中声明的方法，它对应具体的接收者对象，将接收者对象的动作绑定其中；调用者即请求的发送者，又称为请求者，它通过命令对象来执行请求；接收者执行与请求相关的操作，它具体实现对请求的业务处理。
• 命令模式的本质是对命令进行封装，将发出命令的责任和执行命令的责任分割开。命令模式使请求本身成为一个对象，这个对象和其他对象一样可以被存储和传递。
• 命令模式的主要优点在于降低系统的耦合度，增加新的命令很方便，而且可以比较容易地设计一个命令队列和宏命令，并方便地实现对请求的撤销和恢复；其主要缺点在于可能会导致某些系统有过多的具体命令类。
• 命令模式适用情况包括：需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互；需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求；需要支持命令的撤销操作和恢复操作，需要将一组操作组合在一起，即支持宏命令。

2、中介者模式

定义

中介者模式是一种行为设计模式， 能让你减少对象之间混乱无序的依赖关系。 该模式会限制对象之间的直接交互， 迫使它们通过一个中介者对象进行合作。

类比于

飞行器驾驶员之间不会通过相互沟通来决定下一架降落的飞机。 所有沟通都通过控制塔台进行。

中介者模式可以使对象之间的关系数量急剧减少。

中介者承担两方面的职责：

• 中转作用（结构性）：通过中介者提供的中转作用，各个同事对象就不再需要显式引用其他同事，当需要和其他同事进行通信时，通过中介者即可。该中转作用属于中介者在结构上的支持。
• 协调作用（行为性）：中介者可以更进一步的对同事之间的关系进行封装，同事可以一致地和中介者进行交互，而不需要指明中介者需要具体怎么做，中介者根据封装在自身内部的协调逻辑，对同事的请求进行进一步处理，将同事成员之间的关系行为进行分离和封装。该协调作用属于中介者在行为上的支持。

结构

• Mediator: 抽象中介者

• ConcreteMediator: 具体中介者

• Colleague: 抽象同事类

• ConcreteColleague: 具体同事类
  

时序图

优点

• 单一职责原则。 你可以将多个组件间的交流抽取到同一位置， 使其更易于理解和维护。
• 开闭原则。 你无需修改实际组件就能增加新的中介者。
• 你可以减轻应用中多个组件间的耦合情况。
• 你可以更方便地复用各个组件。

缺点

• 一段时间后， 中介者可能会演化成为上帝对象。
• 在具体中介者类中包含了同事之间的交互细节，可能会导致具体中介者类非常复杂，使得系统难以维护。

适用场景

• **当一些对象和其他对象紧密耦合以致难以对其进行修改时, ** 可使用中介者模式。

  该模式让你将对象间的所有关系抽取成为一个单独的类， 以使对于特定组件的修改工作独立于其他组件。

• 当组件因过于依赖其他组件而无法在不同应用中复用时， 可使用中介者模式。

  应用中介者模式后， 每个组件不再知晓其他组件的情况。 尽管这些组件无法直接交流， 但它们仍可通过中介者对象进行间接交流。 如果你希望在不同应用中复用一个组件， 则需要为其提供一个新的中介者类。

• 如果为了能在不同情景下复用一些基本行为， 导致你需要被迫创建大量组件子类时， 可使用中介者模式。

  由于所有组件间关系都被包含在中介者中， 因此你无需修改组件就能方便地新建中介者类以定义新的组件合作方式。

总结

• 中介者模式用一个中介对象来封装一系列的对象交互，中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。中介者模式又称为调停者模式，它是一种对象行为型模式。
• 中介者模式包含四个角色：抽象中介者用于定义一个接口，该接口用于与各同事对象之间的通信；具体中介者是抽象中介者的子类，通过协调各个同事对象来实现协作行为，了解并维护它的各个同事对象的引用；抽象同事类定义各同事的公有方法；具体同事类是抽象同事类的子类，每一个同事对象都引用一个中介者对象；每一个同事对象在需要和其他同事对象通信时，先与中介者通信，通过中介者来间接完成与其他同事类的通信；在具体同事类中实现了在抽象同事类中定义的方法。
• 通过引入中介者对象，可以将系统的网状结构变成以中介者为中心的星形结构，中介者承担了中转作用和协调作用。中介者类是中介者模式的核心，它对整个系统进行控制和协调，简化了对象之间的交互，还可以对对象间的交互进行进一步的控制。
• 中介者模式的主要优点在于简化了对象之间的交互，将各同事解耦，还可以减少子类生成，对于复杂的对象之间的交互，通过引入中介者，可以简化各同事类的设计和实现；中介者模式主要缺点在于具体中介者类中包含了同事之间的交互细节，可能会导致具体中介者类非常复杂，使得系统难以维护。
• 中介者模式适用情况包括：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；一个对象由于引用了其他很多对象并且直接和这些对象通信，导致难以复用该对象；想通过一个中间类来封装多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。

3、观察者模式

定义

观察者模式是一种行为设计模式， 允许你定义一种订阅机制， 可在对象事件发生时通知多个 “观察” 该对象的其他对象。

类比于

如果你订阅了一份杂志或报纸， 那就不需要再去报摊查询新出版的刊物了。 出版社 （即应用中的 “发布者”） 会在刊物出版后 （甚至提前） 直接将最新一期寄送至你的邮箱中。

出版社负责维护订阅者列表， 了解订阅者对哪些刊物感兴趣。 当订阅者希望出版社停止寄送新一期的杂志时， 他们可随时从该列表中退出。

结构

• Subject: 目标

• ConcreteSubject: 具体目标

• Observer: 观察者

• ConcreteObserver: 具体观察者

时序图

优点

• 开闭原则。 你无需修改发布者代码就能引入新的订阅者类 （如果是发布者接口则可轻松引入发布者类）。
• 你可以在运行时建立对象之间的联系。

缺点

• 订阅者的通知顺序是随机的。

• 如果一个观察目标对象有很多直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间。

• 如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃。

适用场景

• 当一个对象状态的改变需要改变其他对象， 或实际对象是事先未知的或动态变化的时， 可使用观察者模式。

  当你使用图形用户界面类时通常会遇到一个问题。 比如， 你创建了自定义按钮类并允许客户端在按钮中注入自定义代码， 这样当用户按下按钮时就会触发这些代码。

  观察者模式允许任何实现了订阅者接口的对象订阅发布者对象的事件通知。 你可在按钮中添加订阅机制， 允许客户端通过自定义订阅类注入自定义代码。

• 当应用中的一些对象必须观察其他对象时， 可使用该模式。 但仅能在有限时间内或特定情况下使用。

  订阅列表是动态的， 因此订阅者可随时加入或离开该列表。

总结

• 观察者模式定义对象间的一种一对多依赖关系，使得每当一个对象状态发生改变时，其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新。观察者模式又叫做发布-订阅模式、模型-视图模式、源-监听器模式或从属者模式。观察者模式是一种对象行为型模式。
• 观察者模式包含四个角色：目标又称为主题，它是指被观察的对象；具体目标是目标类的子类，通常它包含有经常发生改变的数据，当它的状态发生改变时，向它的各个观察者发出通知；观察者将对观察目标的改变做出反应；在具体观察者中维护一个指向具体目标对象的引用，它存储具体观察者的有关状态，这些状态需要和具体目标的状态保持一致。
• 观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个目标对象，当这个目标对象的状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新。
• 观察者模式的主要优点在于可以实现表示层和数据逻辑层的分离，并在观察目标和观察者之间建立一个抽象的耦合，支持广播通信；其主要缺点在于如果一个观察目标对象有很多直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间，而且如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃。
• 观察者模式适用情况包括：一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面；一个对象的改变将导致其他一个或多个对象也发生改变，而不知道具体有多少对象将发生改变；一个对象必须通知其他对象，而并不知道这些对象是谁；需要在系统中创建一个触发链。
• 在JDK的java.util包中，提供了Observable类以及Observer接口，它们构成了Java语言对观察者模式的支持。

4、状态模式

定义

​ 状态模式是一种行为设计模式， 让你能在一个对象的内部状态变化时改变其行为， 使其看上去就像改变了自身所属的类一样。

类比于

智能手机的按键和开关会根据设备当前状态完成不同行为：

• 当手机处于解锁状态时， 按下按键将执行各种功能。
• 当手机处于锁定状态时， 按下任何按键都将解锁屏幕。
• 当手机电量不足时， 按下任何按键都将显示充电页面。

结构

• Context: 环境类

• State: 抽象状态类

• ConcreteState: 具体状态类

时序图

优点

• 单一职责原则。 将与特定状态相关的代码放在单独的类中。
• 开闭原则。 无需修改已有状态类和上下文就能引入新状态。
• 通过消除臃肿的状态机条件语句简化上下文代码。

缺点

• 如果状态机只有很少的几个状态， 或者很少发生改变， 那么应用该模式可能会显得小题大作。

适用场景

• 如果对象需要根据自身当前状态进行不同行为， 同时状态的数量非常多且与状态相关的代码会频繁变更的话， 可使用状态模式。

  模式建议你将所有特定于状态的代码抽取到一组独立的类中。 这样一来， 你可以在独立于其他状态的情况下添加新状态或修改已有状态， 从而减少维护成本。

• 如果某个类需要根据成员变量的当前值改变自身行为， 从而需要使用大量的条件语句时， 可使用该模式。

  状态模式会将这些条件语句的分支抽取到相应状态类的方法中。 同时， 你还可以清除主要类中与特定状态相关的临时成员变量和帮手方法代码。

• 当相似状态和基于条件的状态机转换中存在许多重复代码时， 可使用状态模式。

  状态模式让你能够生成状态类层次结构， 通过将公用代码抽取到抽象基类中来减少重复。

总结

• 状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。其别名为状态对象，状态模式是一种对象行为型模式。
• 状态模式包含三个角色：环境类又称为上下文类，它是拥有状态的对象，在环境类中维护一个抽象状态类State的实例，这个实例定义当前状态，在具体实现时，它是一个State子类的对象，可以定义初始状态；抽象状态类用于定义一个接口以封装与环境类的一个特定状态相关的行为；具体状态类是抽象状态类的子类，每一个子类实现一个与环境类的一个状态相关的行为，每一个具体状态类对应环境的一个具体状态，不同的具体状态类其行为有所不同。
• 状态模式描述了对象状态的变化以及对象如何在每一种状态下表现出不同的行为。
• 状态模式的主要优点在于封装了转换规则，并枚举可能的状态，它将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为，还可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数；其缺点在于使用状态模式会增加系统类和对象的个数，且状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱，对于可以切换状态的状态模式不满足“开闭原则”的要求。
• 状态模式适用情况包括：对象的行为依赖于它的状态（属性）并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为；代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，使客户类与类库之间的耦合增强。

5、策略模式

定义

策略模式是一种行为设计模式， 它能让你定义一系列算法， 并将每种算法分别放入独立的类中， 以使算法的对象能够相互替换。

类比于

假如你需要前往机场。 你可以选择乘坐公共汽车、 预约出租车或骑自行车。 这些就是你的出行策略。 你可以根据预算或时间等因素来选择其中一种策略。

结构

• Context: 环境类

• Strategy: 抽象策略类

• ConcreteStrategy: 具体策略类

时序图

优点

• 你可以在运行时切换对象内的算法。
• 你可以将算法的实现和使用算法的代码隔离开来。
• 你可以使用组合来代替继承。
• 开闭原则。 你无需对上下文进行修改就能够引入新的策略。

缺点

• 客户端必须知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略类。
• 策略模式将造成产生很多策略类，可以通过使用享元模式在一定程度上减少对象的数量。

适用场景

• 当你想使用对象中各种不同的算法变体， 并希望能在运行时切换算法时， 可使用策略模式。

  策略模式让你能够将对象关联至可以不同方式执行特定子任务的不同子对象， 从而以间接方式在运行时更改对象行为。

• 当你有许多仅在执行某些行为时略有不同的相似类时， 可使用策略模式。

  策略模式让你能将不同行为抽取到一个独立类层次结构中， 并将原始类组合成同一个， 从而减少重复代码。

• 如果算法在上下文的逻辑中不是特别重要， 使用该模式能将类的业务逻辑与其算法实现细节隔离开来。

  策略模式让你能将各种算法的代码、 内部数据和依赖关系与其他代码隔离开来。 不同客户端可通过一个简单接口执行算法， 并能在运行时进行切换。

• 当类中使用了复杂条件运算符以在同一算法的不同变体中切换时， 可使用该模式。

  策略模式将所有继承自同样接口的算法抽取到独立类中， 因此不再需要条件语句。 原始对象并不实现所有算法的变体， 而是将执行工作委派给其中的一个独立算法对象。

总结

• 在策略模式中定义了一系列算法，将每一个算法封装起来，并让它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化，也称为政策模式。策略模式是一种对象行为型模式。
• 策略模式包含三个角色：环境类在解决某个问题时可以采用多种策略，在环境类中维护一个对抽象策略类的引用实例；抽象策略类为所支持的算法声明了抽象方法，是所有策略类的父类；具体策略类实现了在抽象策略类中定义的算法。
• 策略模式是对算法的封装，它把算法的责任和算法本身分割开，委派给不同的对象管理。策略模式通常把一个系列的算法封装到一系列的策略类里面，作为一个抽象策略类的子类。
• 策略模式主要优点在于对“开闭原则”的完美支持，在不修改原有系统的基础上可以更换算法或者增加新的算法，它很好地管理算法族，提高了代码的复用性，是一种替换继承，避免多重条件转移语句的实现方式；其缺点在于客户端必须知道所有的策略类，并理解其区别，同时在一定程度上增加了系统中类的个数，可能会存在很多策略类。
• 策略模式适用情况包括：在一个系统里面有许多类，它们之间的区别仅在于它们的行为，使用策略模式可以动态地让一个对象在许多行为中选择一种行为；一个系统需要动态地在几种算法中选择一种；避免使用难以维护的多重条件选择语句；希望在具体策略类中封装算法和与相关的数据结构。