好的，各位观众，各位听众，欢迎来到“Java设计模式：GoF 23 经典模式精讲”特别节目！我是你们的老朋友，老码农一枚，今天咱们就来聊聊这门“代码界的葵花宝典”——设计模式。
别害怕，我保证不让你走火入魔。我会用最幽默风趣的方式，带你领略这 23 种模式的魅力，让你轻松掌握，在代码江湖中游刃有余。😎
一、设计模式：武林秘籍还是屠龙宝刀？
很多初学者听到“设计模式”这四个字，往往会虎躯一震，觉得这是只有大神才能玩转的高级玩意儿。其实不然，设计模式就像武林秘籍，它不是让你生搬硬套，而是让你理解其中的精髓，灵活运用。它更像一把屠龙宝刀，在你遇到复杂问题时，助你披荆斩棘，所向披靡。
那么，什么是设计模式呢？简单来说，它就是在软件开发过程中，经过验证的、解决特定问题的最佳实践。是无数前辈程序员用血与泪（当然也可能只是咖啡和熬夜）总结出来的经验结晶。
为什么要学设计模式？
- 提高代码复用性： 同一个模式可以在不同的场景下使用，避免重复造轮子。
- 增强代码可读性： 使用设计模式的代码，更容易被其他开发者理解和维护。
- 提升代码可扩展性： 设计模式可以帮助我们构建更加灵活、易于扩展的系统。
- 提高开发效率： 使用设计模式，可以让我们更加高效地解决问题，减少bug。
- 站在巨人的肩膀上： 学习设计模式，就是站在前辈们的肩膀上，学习他们的经验，避免重复踩坑。
GoF 23 种设计模式：江湖上的 23 位高手
这 23 种设计模式，是由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 这四位大神（也就是我们常说的 GoF，Gang of Four）在他们的经典著作《设计模式：可复用面向对象软件的基础》中提出的。
这 23 种模式，就像江湖上的 23 位高手，各有各的绝招，各有各的擅长。我们学习它们，就是要了解它们的特点，掌握它们的用法，在合适的场景下，选择合适的“高手”来解决问题。
二、设计模式的分类：三大门派
这 23 种设计模式，按照用途可以分为三大门派：
- 创建型模式 (Creational Patterns)： 主要解决对象的创建问题。
- 结构型模式 (Structural Patterns)： 主要解决类或对象的组合问题。
- 行为型模式 (Behavioral Patterns)： 主要解决对象之间的交互和职责分配问题。
下面，我们就来逐一认识这三大门派，以及它们旗下的各位高手。
1. 创建型模式：对象的“制造工厂”
创建型模式，就像一个个精密的“制造工厂”，它们负责创建对象，并隐藏创建的复杂性，让我们更加方便地使用对象。
| 模式名称 | 作用 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 单例模式 (Singleton) | 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 | 当系统中只需要一个实例对象时，例如：线程池、缓存、配置管理器等。 |
| 工厂方法模式 (Factory Method) | 定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。 | 当你不知道要创建哪个类的实例时，或者想让子类决定创建哪个类的实例时。 |
| 抽象工厂模式 (Abstract Factory) | 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。 | 当你需要创建一组相关的对象，并且希望保证这些对象的一致性时。例如：创建不同风格的 UI 控件（按钮、文本框等）。 |
| 建造者模式 (Builder) | 将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。 | 当你需要创建复杂对象，并且对象的构建过程比较复杂时。例如：创建汽车（引擎、轮胎、车身等）。 |
| 原型模式 (Prototype) | 用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。 | 当创建对象的代价比较大，或者需要创建大量相似对象时。例如：创建游戏中的角色、图形编辑器中的图形等。 |
- 单例模式 (Singleton)： 就像皇帝只有一个，后宫佳丽三千，也只能有一个正宫娘娘。单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
- 使用场景： 线程池、缓存、配置管理器等。
- 注意事项： 线程安全问题，防止多线程环境下创建多个实例。
- 工厂方法模式 (Factory Method)： 就像一个“生产车间”，你只需要告诉它你要什么类型的汽车，它就会帮你生产出来，而不需要关心具体的生产过程。
- 使用场景： 当你不知道要创建哪个类的实例时，或者想让子类决定创建哪个类的实例时。
- 优点： 降低耦合度，提高代码的可扩展性。
- 抽象工厂模式 (Abstract Factory)： 就像一个“汽车零件供应商”，它提供一系列相关的零件（引擎、轮胎、车身等），你可以根据自己的需求选择不同的零件组装成汽车。
- 使用场景： 当你需要创建一组相关的对象，并且希望保证这些对象的一致性时。
- 优点： 易于切换产品系列。
- 建造者模式 (Builder)： 就像一个“汽车组装工”，他按照一定的步骤，逐步组装汽车的各个部件，最终完成汽车的构建。
- 使用场景： 当你需要创建复杂对象，并且对象的构建过程比较复杂时。
- 优点： 可以控制对象的构建过程，可以创建不同的对象表示。
- 原型模式 (Prototype)： 就像“克隆羊多莉”，通过复制现有的对象来创建新的对象。
- 使用场景： 当创建对象的代价比较大，或者需要创建大量相似对象时。
- 优点： 提高创建对象的效率。
2. 结构型模式：类与对象的“积木游戏”
结构型模式，就像玩“积木游戏”，它们负责将类或对象组合成更大的结构，让我们更加灵活地构建复杂的系统。
| 模式名称 | 作用 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 适配器模式 (Adapter) | 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。 | 当你需要使用一个已存在的类，但是它的接口不符合你的需求时。 |
| 桥接模式 (Bridge) | 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。 | 当你希望将抽象部分和实现部分解耦，使它们可以独立地变化时。 |
| 组合模式 (Composite) | 将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。 | 当你需要表示对象之间的层次关系，并且希望以统一的方式处理单个对象和组合对象时。 |
| 装饰器模式 (Decorator) | 动态地给一个对象添加一些额外的职责。 | 当你需要给对象添加额外的职责，并且希望避免使用继承来扩展对象的功能时。 |
| 外观模式 (Facade) | 为子系统中的一组接口提供一个统一的接口。 | 当你需要为复杂的子系统提供一个简单的接口时。 |
| 享元模式 (Flyweight) | 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 | 当你需要创建大量的相似对象，并且这些对象的大部分状态都可以共享时。 |
| 代理模式 (Proxy) | 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。 | 当你需要控制对对象的访问，例如：延迟加载、权限控制、日志记录等。 |
- 适配器模式 (Adapter)： 就像一个“电源适配器”，它可以将不同电压的电源转换成设备可以使用的电压。
- 使用场景： 当你需要使用一个已存在的类，但是它的接口不符合你的需求时。
- 优点： 可以复用已有的类，避免重复开发。
- 桥接模式 (Bridge)： 就像一座“桥梁”，它可以将抽象部分和实现部分连接起来，使它们可以独立地变化。
- 使用场景： 当你希望将抽象部分和实现部分解耦，使它们可以独立地变化时。
- 优点： 提高系统的灵活性和可扩展性。
- 组合模式 (Composite)： 就像一个“文件系统”，它可以包含文件和文件夹，文件夹又可以包含文件和文件夹，形成一个树形结构。
- 使用场景： 当你需要表示对象之间的层次关系，并且希望以统一的方式处理单个对象和组合对象时。
- 优点： 可以方便地表示复杂的对象结构。
- 装饰器模式 (Decorator)： 就像给“咖啡”添加不同的“调料”（牛奶、糖、巧克力等），可以动态地给对象添加一些额外的职责。
- 使用场景： 当你需要给对象添加额外的职责，并且希望避免使用继承来扩展对象的功能时。
- 优点： 灵活地扩展对象的功能，避免类的膨胀。
- 外观模式 (Facade)： 就像一个“客服中心”，它为用户提供一个统一的接口，用户不需要了解底层的复杂系统。
- 使用场景： 当你需要为复杂的子系统提供一个简单的接口时。
- 优点： 降低系统的复杂度，提高系统的易用性。
- 享元模式 (Flyweight)： 就像一个“共享单车”，它可以被很多人使用，但实际上只有一个实例。
- 使用场景： 当你需要创建大量的相似对象，并且这些对象的大部分状态都可以共享时。
- 优点： 减少对象的数量，节省内存空间。
- 代理模式 (Proxy)： 就像一个“中介”，它可以控制对对象的访问，例如：延迟加载、权限控制、日志记录等。
- 使用场景： 当你需要控制对对象的访问时。
- 优点： 可以实现各种控制功能，例如：安全控制、性能优化等。
3. 行为型模式：对象之间的“沟通艺术”
行为型模式，就像研究“人际关系”，它们负责定义对象之间的交互和职责分配，让我们更加优雅地处理对象之间的关系。
| 模式名称 | 作用 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 责任链模式 (Chain of Responsibility) | 将请求的发送者和接收者解耦，使多个对象都有机会处理这个请求。 | 当有多个对象可以处理同一个请求，并且希望在运行时决定由哪个对象处理这个请求时。 |
| 命令模式 (Command) | 将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。 | 当你需要将请求封装成对象，并且希望支持命令的撤销、重做、队列等操作时。 |
| 解释器模式 (Interpreter) | 给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。 | 当你需要解释一种特定的语言或表达式时。例如：SQL 解析器、正则表达式引擎等。 |
| 迭代器模式 (Iterator) | 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。 | 当你需要遍历一个集合对象，并且不希望暴露集合对象的内部实现时。 |
| 中介者模式 (Mediator) | 用一个中介对象来封装一系列的对象交互。 | 当多个对象之间存在复杂的交互关系，并且希望降低对象之间的耦合度时。 |
| 备忘录模式 (Memento) | 在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。 | 当你需要保存对象的状态，并且希望在需要的时候恢复到之前的状态时。例如：游戏存档、文本编辑器的撤销功能等。 |
| 观察者模式 (Observer) | 定义对象之间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。 | 当一个对象的状态改变需要通知其他对象，并且希望降低对象之间的耦合度时。例如：GUI 事件处理、消息队列等。 |
| 状态模式 (State) | 允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。 | 当一个对象的状态影响它的行为，并且对象的行为会随着状态的变化而变化时。例如：TCP 连接的状态、交通灯的状态等。 |
| 策略模式 (Strategy) | 定义一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以相互替换。 | 当你需要使用不同的算法来解决同一个问题，并且希望在运行时动态地选择算法时。例如：排序算法、支付方式等。 |
| 模板方法模式 (Template Method) | 定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。 | 当你需要定义一个算法的骨架，并且希望子类可以定制算法的某些步骤时。例如：数据库访问模板、HTTP 请求处理模板等。 |
| 访问者模式 (Visitor) | 表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。 | 当你需要对一个对象结构中的元素执行不同的操作，并且希望避免在元素类中添加新的操作时。例如：编译器、XML 解析器等。 |
- 责任链模式 (Chain of Responsibility)： 就像一个“审批流程”，请求会沿着链条传递，直到找到可以处理它的对象。
- 使用场景： 当有多个对象可以处理同一个请求，并且希望在运行时决定由哪个对象处理这个请求时。
- 优点： 降低耦合度，提高系统的灵活性。
- 命令模式 (Command)： 就像一个“遥控器”，它可以控制不同的电器（电视、空调、灯光等），每个按钮都对应一个命令。
- 使用场景： 当你需要将请求封装成对象，并且希望支持命令的撤销、重做、队列等操作时。
- 优点： 可以方便地实现命令的撤销、重做、队列等功能。
- 解释器模式 (Interpreter)： 就像一个“翻译器”，它可以将一种语言翻译成另一种语言。
- 使用场景： 当你需要解释一种特定的语言或表达式时。
- 优点： 可以方便地扩展语言的功能。
- 迭代器模式 (Iterator)： 就像一个“游标”，它可以遍历集合中的元素，而不需要暴露集合的内部结构。
- 使用场景： 当你需要遍历一个集合对象，并且不希望暴露集合对象的内部实现时。
- 优点： 可以方便地遍历集合对象，并且可以支持不同的遍历方式。
- 中介者模式 (Mediator)： 就像一个“聊天室”，它可以协调多个用户之间的交流，而不需要用户之间直接通信。
- 使用场景： 当多个对象之间存在复杂的交互关系，并且希望降低对象之间的耦合度时。
- 优点： 降低耦合度，提高系统的可维护性。
- 备忘录模式 (Memento)： 就像一个“游戏存档”，它可以保存游戏的状态，并在需要的时候恢复到之前的状态。
- 使用场景： 当你需要保存对象的状态，并且希望在需要的时候恢复到之前的状态时。
- 优点： 可以方便地实现对象的撤销、重做等功能。
- 观察者模式 (Observer)： 就像一个“新闻订阅”，当新闻发布者发布新闻时，所有订阅者都会收到通知。
- 使用场景： 当一个对象的状态改变需要通知其他对象，并且希望降低对象之间的耦合度时。
- 优点： 降低耦合度，提高系统的可扩展性。
- 状态模式 (State)： 就像一个“交通灯”，它可以根据不同的状态（红灯、黄灯、绿灯）改变自己的行为。
- 使用场景： 当一个对象的状态影响它的行为，并且对象的行为会随着状态的变化而变化时。
- 优点： 可以方便地管理对象的状态，并且可以避免使用大量的条件语句。
- 策略模式 (Strategy)： 就像一个“支付方式”，你可以选择不同的支付方式（信用卡、支付宝、微信支付）来完成支付。
- 使用场景： 当你需要使用不同的算法来解决同一个问题，并且希望在运行时动态地选择算法时。
- 优点： 提高系统的灵活性和可扩展性。
- 模板方法模式 (Template Method)： 就像一个“做菜模板”，它定义了做菜的步骤，但是具体的食材和调料可以由子类来决定。
- 使用场景： 当你需要定义一个算法的骨架，并且希望子类可以定制算法的某些步骤时。
- 优点： 提高代码的复用性，并且可以方便地扩展算法的功能。
- 访问者模式 (Visitor)： 就像一个“导游”，它可以访问不同的景点，并对每个景点进行不同的讲解。
- 使用场景： 当你需要对一个对象结构中的元素执行不同的操作，并且希望避免在元素类中添加新的操作时。
- 优点： 可以方便地扩展对象结构的功能，并且可以避免修改对象结构的代码。
三、设计模式的应用：代码界的“点石成金”
学习设计模式，最终目的是为了应用。只有将设计模式应用到实际项目中，才能真正体会到它的价值。
如何应用设计模式？
- 理解需求： 首先要 thoroughly understand 项目的需求，明确要解决的问题。
- 选择模式： 根据需求，选择合适的设计模式。不要为了使用模式而使用模式，要选择最合适的。
- 灵活运用： 不要生搬硬套，要根据实际情况灵活运用设计模式。
- 持续重构： 在项目开发过程中，要不断重构代码，优化设计，使代码更加符合设计模式的思想。
一些建议：
- 从小处着手： 刚开始学习设计模式时，可以先从简单的模式开始，例如：单例模式、工厂方法模式等。
- 多看源码： 阅读优秀的开源项目源码，学习别人是如何应用设计模式的。
- 多做练习： 实践是最好的老师，多做练习，才能真正掌握设计模式。
- 不要过度设计： 过度设计会增加代码的复杂性，降低开发效率。
四、总结：设计模式，代码的“灵魂伴侣”
设计模式，就像代码的“灵魂伴侣”，它可以让你的代码更加健壮、可扩展、易于维护。
学习设计模式，不是一蹴而就的事情，需要不断学习、实践、总结。希望通过今天的讲解，能够帮助大家入门设计模式，并在未来的开发工作中，灵活运用设计模式，构建更加优秀的软件系统。
记住，设计模式不是银弹，它不能解决所有的问题。但是，掌握设计模式，可以让你在代码的世界里，更加自信、更加从容。
好了，今天的分享就到这里，感谢大家的收听！我们下期再见！👋