23種設計模式的優點與缺點概況

設計模式

標簽（空格分隔）： 設計模式優點 應用場景

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整理自《設計模式之禪》

單例模式

優點：

• 只有一個實例，減少了內存開支；
• 可以避免對系統資源的多重占用；
• 可以在系統中設置全局的訪問點，優化和共享資源訪問；

缺點：

• 沒有接口，擴展困難；
• 對測試開發不利；

應用場景：

• 要求生成唯一序列號的場景；
• 需要一個共享訪問點；
• 創建一個對象需要消耗過多的資源時
• 需要定義大量的靜態常量和靜態方法時（也可直接聲明為static的方式）；

工廠方法模式

優點：

• 良好的封裝性，代碼結構清晰；
• 擴展非常好；
• 屏蔽產品類；

應用場景：

• 是new一個對象的替代品；
• 需要靈活的，可擴展的框架時；
• 使用在測試驅動開發的框架下；

抽象工廠模式

優點：

• 封裝性；
• 產品族內部的約束為非公開狀態；

缺點：

• 產品族擴展困難；

模板方法模式

優點：

• 封裝不變部分，擴展可變部分，把不變的算法封裝到父類實現，可變的部分則通過繼承來擴展；
• 提取公共部分代碼，便于維護；
• 行為由父類控制，子類實現;

缺點：

• 子類對父類產生影響，子類執行的結果影響了父類的結果;

應用場景：

• 多個子類有公有的方法，且邏輯相同時；
• 重要，復雜的算法，可以把核心算法設計為模板方法；
• 重構時，把相同的代碼抽取到父類，然后通過鉤子函數結束其行為；

建造者模式

優點：

• 封裝性，使得客戶端不必知道產品內部的組成細節，我們不用關心每一個具體的模型內部是如何實現的。
• 建造者獨立，容易擴展
• 便于控制細節風險，由于具體的建造者是獨立的，因此可以對建造過程逐步細化，而不對其他的模塊產生任何影響;

建造者模式的應用場景：

• 相同的方法，不同的執行順序，會產生不同的結果時；
• 多個部件或零件，都可以裝配到一個對象中，但產生的運行結果又不相同時，如Android中的AlertDialog的構造;
• 產品類非常復雜，或產品類的的調用順序不同產生不同的效果；

代理模式

優點：

• 職責清晰，其實的角色就是實現實際的業務的邏輯，不用關心其他非本職責的事務；
• 高擴展性，具體主題角色隨時都會發生變化，但只要它實現了接口，我們的代理類就可以在完全不做任何修改的情況下使用；

原型模式（通過實現Cloneable接口）

優點：

• 性能優良，原型模式是在內存二進制流的拷貝，要比直接new一個對象性能好，特別是要在循環體內產生大量對象時，
• 避免構造函數的約束，直接是在內存中拷貝的，構造函數是不會執行的。

應用場景：

• 類初始化需要消化非常多的資源時
• 性能和安全要求的場景，通過 new產生一個對象需要非常繁瑣的數據準備和訪問權限時；
• 一個對象多個修改者的場景，一個對象需要提供給多個對象訪問，而且各個調用者都可以修改其值時；

注意地方：淺拷貝與深拷貝

Java的Object類提供的clone方法只是拷貝本對象，其對象內部的數組、引用對象等都不拷貝，其他的原始類型如int,char等都會被拷貝，拷貝后的對象與原生對象共享內部元素的地址（淺拷貝），如果拷貝后的對象修改了原生對象的數組，則原生對象也會看到修改。如果需要進行深拷貝，則需要在復寫的clone方法里對私有的類變量（內部數組，引用對象）進行獨立的拷貝。并且使用final關鍵字修飾的變量不能被拷貝；

中介者模式

優點：

• 減少了類間的依賴，把原有的一對多的依賴變成了一對一的依賴；

  缺點：

• 中介者會膨脹得很大，而且邏輯復雜；原本N個對象的依賴關系轉換為中介者與對象的依賴關系；

命令模式

優點：

• 類間解耦，調用者與接收者之間沒有任何依賴關系，調用者實現功能時不需要了解到底是哪個接收者執行，只需調用Command抽象類的execute方法就可以了；
• 可擴展性，Command的子類可以非常容易擴展，并且調用者和高層模塊不產生嚴重的代碼耦合；

缺點：

• Command類膨脹厲害，如果有N個命令，則Command類的子類就為N個；

  應用場景：如Android中各種事件的處理；

責任鏈模式

優點：

• 請求與處理分開，請求者可以不用知道是誰處理的，處理者可以不用知道請求的全貌；

缺點：

• 性能問題，每個請求都是從鏈頭遍歷到鏈尾的，當這個責任鏈比較長時，遍歷開銷會比較大；

應用場景:

• 如Android事件的傳遞機制；

裝飾器模式

優點：

• 裝飾類和被裝飾類可以獨立發展，而不會互相耦合；
• 裝飾模式是繼承關系的一個替代方案，不管裝飾多少層，最終返回的也還是那個對象；
• 裝飾模式可以動態地擴展一個實現類的功能；

缺點：

• 多層的裝飾比較復雜，當使用多層裝飾出現問題時，排查問題的工作量比較大

應用場景：

• 需要擴展一個類的功能，或給一個類增加附加功能；
• 需要為一批兄弟類進行改裝或加裝功能；

策略模式

優點：

• 算法可以自由切換，只要實現抽象策略，它就成為策略家庭的一個成員；
• 避免使用多重條件判斷，
• 擴展性良好，在現有的系統中增加一個策略太容易，只要實現接口就可以了;

缺點：

• 策略類數量多，每一個策略都是一個類，復用的可能性很小；
• 所有的策略類都需要對外暴露，上層模塊必須知道有哪些策略，然后決定使用哪一個策略；

應用場景：

• 多個類只有在算法或行為上稍有不同的場景；
• 算法需要自由切換的場景；
• 需要屏蔽算法規則的場景；

適配器模式

優點：

• 讓兩個沒有任何聯系的類在一起運行；
• 增加了類的透明性；
• 提高了類的復用度；
• 靈活性好，當不需要適配器時，只要刪掉這個適配器就可以了，

應用場景：

• 修改一個已經投產的接口時，
• Android中各種Adapter，

迭代器模式

• 迭代器模式是為解決遍歷容器中的元素而誕生的，沒有人會單獨寫一個迭代器，使用Java提供的Itreator就可以滿足要求了；

組合模式

優點：

• 高層模塊調用簡單，高層模塊不需要關心自己處理的是單個對象還是整個組合結構，
• 節點可以自由增加；

缺點：

• 調用時會直接使用實現類，不符合面向接口編程思想；

應用場景：

• 維護和展示部分-整體關系的場景，如樹型菜單，文件和文件夾的管理；
• 只要是樹型結構，就要考慮使用組合模式；

觀察者模式

優點：

• 觀察者與被觀察者之間是抽象耦合，不管是增加觀察者還是被觀察者都非常容易擴展；
• 建立一套觸發機制；

缺點：

• 一個被觀察者，多個觀察者，開發與調度會比較復雜，在Java中消息的通知默認是順序執行，其中一個觀察者卡殼，會影響整體的執行效率，一般要考慮采用異步的方式；

應用場景：

• 關聯行為場景，如Android中數據變化會引起UI的變化；
• 事件多級觸發場景；
• 跨系統的消息交換場景；

門面模式

優點：

• 減少系統的相互依賴，所有的依賴都是與門面對象的依賴，與子系統無關。
• 提高了靈活性；
• 提高了安全性，想讓你訪問子系統的哪些業務就開通哪些邏輯；

缺點：

• 不符合開閉原則，當出現bug后，只能通過修改門面角色的代碼來修復；

應用場景：

• 為一個復雜的模塊或子系統提供一個供外界訪問的接口，如Android的Context類只是一個抽象類，所有的功能都是在ContextImpl類實現的，我們不會察覺到ContextImpl的存在，只需要調用Context就可以了；
• 子系統相對獨立，外界對子系統的訪問只要黑箱操作即可；
• 預防低水平開發人員帶來的風險，被限定在指定的子系統開發；

備忘錄模式

應用場景：

• 需要保存和恢復數據的相關狀態場景；
• 提供一個可回滾的操作場景；
• 需要監控的副本場景中；
• 數據庫連接的事務管理就是用的備忘錄模式；

注意事項：

• 備忘錄的生命期，要主動管理它的生命周期，建立就要使用，不使用就刪除；
• 備忘錄的性能，不要在頻繁建立備份的場景中使用備忘錄模式；（對象的創建是需要消耗資源的）

訪問者模式

優點：

• 符合單一職責原則，具體元素角色負責數據的加載，而訪問者類則負責數據的呈現；
• 優秀的擴展性，
• 靈活性非常高；

缺點：

• 具體元素對訪問者公布細節，訪問者要訪問一個類就必須要求這個類公布一些方法和數據；
• 具體元素變更比較困難；具體元素角色的增加、刪除、修改都是比較困難；
• 違背了依賴倒置原則，訪問者依賴的是具體的元素，而不是抽象的元素；

應用場景 ：

• 一個對象結構包含很多類對象，它們有不同的接口，而你想對這些對象實施一些依賴于其具體類的操作；
• 需要對一個對象結構中的對象進行很多不同并且不相關的操作，而你想避免讓這些操作”污染“這些對象的類；
• 業務規則要求遍歷多個不同的對象；

狀態模式

優點：

• 結構清晰，避免了過多的switch...case或if...else語句的使用；
• 遵循設計原則，每個狀態就是一個子類；
• 封裝性非常好，將狀態變換放置到類的內部來實現；

缺點：

• 子類會太多，也就是類膨脹，有多少個狀態，就會有多少個子類；

  應用場景：

• 行為隨狀態改變而改變的場景，如權限設計；
• 條件、分支判斷語句的替代者，通過擴展子類實現條件的判斷處理；

• 狀態的個數最好不要超過5個；

解釋器模式（現在使用較少）

優點：

• 擴展性好，

缺點：

• 解釋器模式會引起類膨脹；
• 采用了遞歸調用方法；

享元模式

優點：

• 大大減少應用程序創建的對象，降低程序內存的占用;

缺點：

• 提高了系統復雜性，需要分離出內部和外部狀態；

應用場景：

• 系統中存在大量的相似對象；
• 需要緩沖池的場景；
• 細粒度的對象都具有較接近的外部狀態；且內部狀態與環境無關

橋梁模式

優點：

• 抽象與實現分離；
• 優秀的擴充能力；
• 實現細節對客戶透明；

應用場景：

• 不希望或不適用繼承的場景；
• 接口或抽象類不穩定的情況；
• 重要性要求較高的場景；