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.net 常用几个设计模式

时间:2023-08-14 11:34:02浏览次数:39  
标签:常用 对象 模式 工厂 算法 抽象 接口 net 设计模式

.NET Core 框架支持许多设计模式,以下是一些常见的设计模式:

一、抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern):提供一种将一组相关或相互依赖的对象创建起来的方式,而无需指定其具体类。
抽象工厂模式是一种创建型设计模式,它提供了一个接口来创建一系列与特定类无关的对象,而无需指定这些对象的具体类。

在抽象工厂模式中,有一个工厂接口和多个工厂实现,每个工厂实现都可以创建一组相关或相互依赖的对象。不同的工厂实现通常是针对不同的产品族。例如汽车工厂可以生成不同类型的汽车(对应产品族),而每个汽车类型(对应产品等级结构)则可以由不同的工厂(对应工厂接口的具体实现)生成。

抽象工厂模式与工厂方法模式的主要区别在于抽象工厂模式强调的是一组相关对象的创建,而工厂方法模式则侧重于单个对象的创建。

以下是抽象工厂模式的主要组成部分:

抽象工厂接口:定义了一组创建产品的方法,每个方法对应一个特定的产品族。

具体工厂实现:实现工厂接口中定义的方法,以便创建特定的产品族。

抽象产品接口:定义了工厂创建的产品对象的基本属性和方法。

具体产品类:实现了抽象产品接口定义的属性和方法,每个具体产品类都属于一个特定的产品族。

使用抽象工厂模式可以提高代码的可维护性和可扩展性,同时也利于实现产品族之间的兼容性和一致性。但是,抽象工厂模式的主要缺点是扩展工厂和产品族需要修改抽象工厂接口,从而可能会影响当前代码的稳定性和兼容性。

二、单例模式(Singleton Pattern):确保一个类只有一个实例,并提供对该实例的全局访问。
单例模式是一种创建型设计模式,它确保一个类只有一个实例,并提供对该实例的全局访问。

在单例模式中,有一个全局访问点和一个单一的实例对象。该模式通常用于控制资源访问和共享,例如配置文件、数据库连接、线程池、日志记录器等。通过将类的构造函数设置为私有的,可以防止其他对象创建该类的实例,从而确保只有一个实例存在。实例通常是在第一次请求时创建的,并在整个应用程序生命周期内持续存在,以供后续请求使用。

以下是单例模式的主要组成部分:

私有构造函数:确保其他类无法直接创建该类的实例,这是实现单例模式的关键。

静态成员变量:持有该类的唯一实例对象。

静态工厂方法:返回该类的唯一实例对象的访问点,基于“延迟初始化(lazy initialization)”的原则,仅在第一次被调用时创建实例并返回。

单例模式的优点包括:

提供了对唯一实例对象的全局访问,便于统一管理和控制。

确保了类的唯一实例,避免了多个实例的创建和资源消耗。

提供了一种控制资源共享、互斥访问的方式。

单例模式的缺点包括:

难以扩展:由于单例模式只允许一个实例存在,当需要添加新的实例时,需要修改现有的代码。

扩展单例模式可能会导致单例类的职责不够单一。

单例模式在多线程中使用时需要注意线程安全性问题,如双重检查锁定等技术。

综上所述,单例模式在需要控制资源访问和共享时非常有用,并且能够提高代码的可维护性和可扩展性。但是,开发人员需要注意线程安全性问题和该模式可能导致的代码膨胀问题。

三、代理模式(Proxy Pattern):为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。
代理模式(Proxy Pattern)是一种结构型设计模式,它提供了一个代理对象来控制其他对象的访问。

在代理模式中,有一个代理对象和一个真实对象,代理对象与真实对象实现了相同的接口。当客户端需要访问真实对象时,它可以通过代理对象来访问它,代理对象可以在访问真实对象前后进行一些额外的处理,如记录日志、缓存数据、控制访问权限等。代理模式可以实现对真实对象的功能扩展、实现延迟加载等功能。

以下是代理模式的主要组成部分:

抽象主题(Subject):定义了客户端访问的接口。

具体主题(RealSubject):实现抽象主题接口,并实现了客户端要访问的具体功能。

代理(Proxy):实现抽象主题接口,并维护一个对真实主题的引用,在需要时创建或删除真实主题对象,并对客户端访问进行控制。

在实际应用中,代理模式有许多变体形式,如远程代理、虚拟代理、保护代理、缓存代理等。

代理模式的优点包括:

可以提高代码的安全性和可维护性,对真实对象的访问进行控制、保护或包装。

可以实现延迟加载、节省资源,并提高程序的性能和运行效率。

可以为真实对象提供额外的功能扩展,以满足不同的客户端需求。

代理模式的缺点可能包括:

可能会引入过多的代理类和间接引用,从而增加代码的复杂性。

如果真实对象的接口发生改变,代理类也需要进行相应的修改。

综上所述,代理模式适用于需要对真实对象进行控制的场合,可以提高代码的可维护性和可扩展性,同时也需要注意代理类过多和接口变更带来的问题。

四、装饰器模式(Decorator Pattern):动态地将责任附加到对象上,以扩展其功能而无需修改其结构。
装饰器模式(Decorator Pattern)是一种结构型设计模式,它允许在不改变原始对象的基础上,动态地扩展对象的功能。

在装饰器模式中,有一个抽象组件(Component)和多个具体组件(ConcreteComponent),组件提供了一个接口,定义了对象的基本操作。此外,还有多个装饰器(Decorator),也实现了组件接口,并包含了一个指向具体组件的引用。装饰器可以在扩展组件的功能之前或之后添加自己的行为,从而实现对组件扩展的无限制、任意组合和动态实现。所有的装饰器和具体组件均继承自Component。

以下是装饰器模式的主要组成部分:

抽象组件(Component):定义了组件的基本操作接口。

具体组件(ConcreteComponent):实现了组件接口,并提供了组件的基本操作。

抽象装饰器(Decorator):继承自Component,提供了一个与组件接口相同的接口,并将一个Component对象作为它的成员属性。

具体装饰器(ConcreteDecorator):实现了装饰器接口,包含一个指向Component对象的引用,并实现了对组件的扩展功能。

装饰器模式的优点包括:

动态地扩展组件的功能,而不需要改变原始组件的代码和接口,可以避免对象拥有太多复杂的扩展和严重的代价。

可以任意组合装饰器,从而实现扩展性的无限制和自由度。

可以在运行时动态添加删除装饰器对象。

装饰器模式的缺点主要包括:

增加了代码的复杂性,可能引入太多的小对象和间接引用,从而难以维护和升级。

不容易理解、调试,增加了代码的理解和开发难度。

综上所述,装饰器模式在需要动态地扩展组件的功能时非常有用,并能够提高代码的灵活性和可复用性。但是,开发人员需要注意代码的设计和实现细节,以避免过多的复杂性和低效率。

五、观察者模式(Observer Pattern):定义对象间的一种一对多的依赖关系,使得每当一个对象发生改变时,其关联对象都会得到通知并自动更新。
观察者模式(Observer Pattern)是一种行为型设计模式,它定义了一个一对多的对象关系,让多个观察者对象同时监听某一个对象,并在该对象发生改变时自动通知它们,使得观察者对象能够及时做出响应。

在观察者模式中,有一个被观察者和多个观察者对象。当被观察者发生状态改变时,它会自动通知到所有的观察者对象,并让它们做出相应的处理。观察者模式可以实现松耦合的对象间交互,被观察者和观察者之间仅通过定义的接口进行通信,可以方便地增加或删除观察者对象,从而提高代码的可扩展性和可维护性。

以下是观察者模式的主要组成部分:

抽象主题(Subject):被观察者,它定义了一组订阅和通知的方法,以及维护观察者列表的方法。

具体主题(ConcreteSubject):实现抽象主题接口,保存观察者对象,并在状态改变时通知观察者对象。

抽象观察者(Observer):定义了一个更新方法,以便在接收到通知时进行更新处理。

具体观察者(ConcreteObserver):实现抽象观察者接口,接收被观察者的通知,并根据需要更新自身状态。

使用观察者模式可以提高代码的可维护性和可扩展性,同时也利于实现事件处理和委托机制。观察者模式被广泛应用于 GUI 界面、消息队列、模块间通信等应用场景。然而,观察者模式也有一些缺点,如容易引入循环依赖、可能造成大量的响应时间等问题。

六、工厂方法模式(Factory Method Pattern):定义一个创建对象的接口,但由子类决定创建哪个类的实例。创建对象的工厂方法由子类实现,从而使得该方法的具体实现延迟到子类实现。
工厂方法模式(Factory Method Pattern)是一种创建型设计模式,它定义了一种创建对象的接口,但由子类决定要实例化的类是哪一个。

在工厂方法模式中,有一个抽象工厂接口(Creator)和多个具体工厂类(Concrete Creator),每个具体工厂类都实现了抽象工厂接口,并用于创建一个特定类型的产品对象。同时,还有一个抽象产品接口(Product)和多个具体产品类(Concrete Product),每个具体产品类都实现了抽象产品接口,并用于具体实现一个特定产品的构造和操作。工厂方法将对象的创建推迟到子类中,从而避免了在父类中预先知道要创建哪个对象的问题。

以下是工厂方法模式的主要组成部分:

抽象工厂(Creator):是工厂方法模式的核心接口,定义了一个返回产品对象的工厂方法。

具体工厂(Concrete Creator):实现抽象工厂接口,负责创建一个具体类型的产品对象。

抽象产品(Product):定义产品对象的接口,描述了产品对象的所有操作。

具体产品(Concrete Product):实现抽象产品接口,通过具体实现接口中的每个操作来定义产品对象的具体行为。

工厂方法模式的优点包括:

可以将对象的创建和使用进行解耦,从而提高系统的灵活性和可维护性。

可以方便地添加、扩展和修改创建产品的具体实现,从而适应不同的需求和场景。

可以在运行时动态地改变对象创建的行为。

工厂方法模式的缺点主要包括:

需要定义很多新的接口和类,从而增加了系统的复杂性和设计难度。

可能将简单的代码设计变得复杂。

综上所述,工厂方法模式适用于需要根据不同情况创建不同类型的对象,并且希望将对象的创建和使用分离的场合,可以提高代码的复用性和扩展性,从而增强了系统的灵活性和可维护性。

七、策略模式(Strategy Pattern):定义一系列算法,将每个算法都封装起来,并且使它们之间可以互换。
策略模式(Strategy Pattern)是一种行为型设计模式,它定义了一系列算法,将每个算法封装成单独的对象,并使这些算法对象可以互换使用,从而让算法的变化独立于使用算法的客户端。

策略模式由三个角色组成:

环境(Context):负责维护对策略对象的引用,并将客户端的请求委托给它所持有的策略对象。

抽象策略(Strategy):定义了一个通用的接口,用于声明所有支持的算法的操作。

具体策略(Concrete Strategy):实现了抽象策略中定义的操作,并提供了具体的算法实现。

在使用策略模式时,需要将不同的算法封装成不同的策略对象,并将这些策略对象保存在环境对象中。客户端可以随时改变环境对象所持有的策略对象,从而达到不同的算法实现效果。

策略模式的优点包括:

策略模式可以让客户端随时切换算法的实现方式,而不需要修改客户端代码。

策略模式可以将算法的实现与使用代码分离开来,提高了代码的复用性和可维护性。

策略模式可以避免使用过多的条件语句,从而降低代码的复杂性。

策略模式的缺点是,由于需要定义多个策略类,可能会导致类的数量增加,从而增加了代码的复杂性和理解难度。

策略模式适用于需要在不同场景下使用不同的算法,并且希望将算法的实现和使用代码分离的场合。其典型应用包括排序算法、加密算法、日志记录等。

八、模板方法模式(Template Method Pattern):定义一个操作中的算法骨架,将一些步骤延迟到子类中,使得子类可以在不改变算法骨架的情况下重定义该算法的某些特定步骤。
模板方法模式(Template Method Pattern)是一种行为型设计模式,它定义了一个算法框架,并将一些步骤的实现延迟到子类中,使得子类可以在不改变算法框架的情况下,重新定义算法中的某些步骤。

模板方法模式由两个角色组成:

抽象模板(Abstract Template):定义了一个算法框架,它是一个抽象类或接口,其中定义了一些基本操作和一个模板方法,模板方法中的一些步骤可以是具体的也可以是抽象的,子类必须实现这些抽象的步骤。

具体模板(Concrete Template):实现了抽象模板中定义的所有抽象方法,同时可以重写部分父类中的算法步骤。

在使用模板方法模式时,抽象模板中的模板方法定义了一个算法的基本框架,算法中的一些步骤可以是抽象的(由子类实现),也可以是具体的(由抽象模板或子类实现)。具体模板实现了抽象模板中定义的所有抽象方法,同时可能会覆盖部分父类中的算法步骤,从而改变算法中的某些步骤或者添加新的步骤。具体模板决定了算法的实际执行过程。

模板方法模式的优点包括:

模板方法模式可以减少代码的重复,提高代码的复用性和可维护性。

模板方法模式将不变的部分抽象成模板方法,由父类统一实现,子类只需要实现变化的部分,易于维护和拓展。

模板方法模式通过封装不变部分,提高了代码的安全性。

模板方法模式的缺点是,它限制了子类的拓展性,因为部分算法步骤已经在父类中确定。

模板方法模式适用于需要在多个类中重复实现某个算法的场景,或者需要在多个算法中共用某些公共的步骤。典型应用包括:排序算法、线程池实现、游戏开发等。

这只是一小部分在.NET Core中常用的设计模式。选择使用哪种设计模式取决于开发者们对面向对象编程技术的熟练程度以及特定应用程序的要求。
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