设计模式（第2版）

本书在整理时还参考了目前市面上已有的设计模式书籍，集各家所长，并在此基础上进行扩展与整理，适用于高校和培训教学，将一些原本深奥并难以理解的设计思想通过一些简单实例进行解析，让读者能够轻松掌握面向对象设计思想的精髓。本书以“实例驱动教学”为整体编写原则，每一个模式的学习均基于一或两个实例，通过实例来加深对模式的理解，并结合实例学习如何在实际开发中运用所学模式。对于每一个模式，所学内容包括模式动机与定义、模式结构与分析、模式实例与解析、模式效果与应用和模式扩展，内容丰富，讲解透彻，并提供了模式结构和实例的UML类图和Java实现代码，所有类图均严格按照UML 2.0标准绘制，所有代码均在JDK 1.6环境下通过测试且运行无误。 

本书系统介绍了设计模式。全书共分27章，内容包括统一建模语言基础知识、面向对象设计原则、设计模式概述、简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式、单例模式、适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式、代理模式、职责链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式和访问者模式。
本书结合大量实例介绍GoF设计模式，针对每个设计模式均提供了一或两个实例，并对每个模式进行了详尽的讲解，每章*后均配有一定量的习题。
本书既可作为高等院校计算机相关专业本科生和研究生“设计模式”“软件体系结构”等课程教材，也可作为各软件培训机构的培训教材及全国计算机技术与软件专业技术资格（水平）考试的辅导教材，还可作为软件架构师、软件工程师等开发人员的参考用书。

目录

第1章统一建模语言基础知识

1.1UML简介

1.1.1UML的诞生

1.1.2UML的结构

1.1.3UML的特点

1.2类图

1.2.1类与类图

1.2.2类之间的关系

1.2.3类图实例

1.3顺序图

1.3.1顺序图定义

1.3.2顺序图组成元素与绘制

1.3.3顺序图实例

1.4状态图

1.4.1状态图定义

1.4.2状态图组成元素与绘制

1.4.3状态图实例

1.5本章小结

思考与练习

第2章面向对象设计原则

2.1面向对象设计原则概述

2.1.1软件的可维护性和可复用性

2.1.2面向对象设计原则简介

2.2单一职责原则

2.2.1单一职责原则定义

2.2.2单一职责原则分析

2.2.3单一职责原则实例

2.3开闭原则

2.3.1开闭原则定义

2.3.2开闭原则分析

2.3.3开闭原则实例

2.4里氏代换原则

2.4.1里氏代换原则定义

2.4.2里氏代换原则分析

2.4.3里氏代换原则实例

2.5依赖倒转原则

2.5.1依赖倒转原则定义

2.5.2依赖倒转原则分析

2.5.3依赖倒转原则实例

2.6接口隔离原则

2.6.1接口隔离原则定义

2.6.2接口隔离原则分析

2.6.3接口隔离原则实例

2.7合成复用原则

2.7.1合成复用原则定义

2.7.2合成复用原则分析

2.7.3合成复用原则实例

2.8迪米特法则

2.8.1迪米特法则定义

2.8.2迪米特法则分析

2.8.3迪米特法则实例

2.9本章小结

思考与练习

第3章设计模式概述

3.1设计模式的诞生与发展

3.1.1模式的诞生与定义

3.1.2软件模式

3.1.3设计模式的发展

3.2设计模式的定义与分类

3.2.1设计模式的定义

3.2.2设计模式的基本要素

3.2.3设计模式的分类

3.3GoF设计模式简介

3.4设计模式的优点

3.5本章小结

思考与练习

第4章简单工厂模式

4.1创建型模式

4.1.1创建型模式概述

4.1.2创建型模式简介

4.2简单工厂模式动机与定义

4.2.1模式动机

4.2.2模式定义

4.3简单工厂模式结构与分析

4.3.1模式结构

4.3.2模式分析

4.4简单工厂模式实例与解析

4.4.1简单工厂模式实例之简单电视机工厂

4.4.2简单工厂模式实例之权限管理

4.5简单工厂模式效果与应用

4.5.1模式优缺点

4.5.2模式适用环境

4.5.3模式应用

4.6简单工厂模式扩展

4.7本章小结

思考与练习

第5章工厂方法模式

5.1工厂方法模式动机与定义

5.1.1简单工厂模式的不足

5.1.2模式动机

5.1.3模式定义

5.2工厂方法模式结构与分析

5.2.1模式结构

5.2.2模式分析

5.3工厂方法模式实例与解析

5.3.1工厂方法模式实例之电视机工厂

5.3.2工厂方法模式实例之日志记录器

5.4工厂方法模式效果与应用

5.4.1模式优缺点

5.4.2模式适用环境

5.4.3模式应用

5.5工厂方法模式扩展

5.6本章小结

思考与练习

第6章抽象工厂模式

6.1抽象工厂模式动机与定义

6.1.1模式动机

6.1.2模式定义

6.2抽象工厂模式结构与分析

6.2.1模式结构

6.2.2模式分析

6.3抽象工厂模式实例与解析

6.3.1抽象工厂模式实例之电器工厂

6.3.2抽象工厂模式实例之数据库操作工厂

6.4抽象工厂模式效果与应用

6.4.1模式优缺点

6.4.2模式适用环境

6.4.3模式应用

6.5抽象工厂模式扩展

6.6本章小结

思考与练习

第7章建造者模式

7.1建造者模式动机与定义

7.1.1模式动机

7.1.2模式定义

7.2建造者模式结构与分析

7.2.1模式结构

7.2.2模式分析

7.3建造者模式实例与解析

7.4建造者模式效果与应用

7.4.1模式优缺点

7.4.2模式适用环境

7.4.3模式应用

7.5建造者模式扩展

7.6本章小结

思考与练习

第8章原型模式

8.1原型模式动机与定义

8.1.1模式动机

8.1.2模式定义

8.2原型模式结构与分析

8.2.1模式结构

8.2.2模式分析

8.3原型模式实例与解析

8.3.1原型模式实例之邮件复制（浅克隆）

8.3.2原型模式实例之邮件复制（深克隆）

8.4原型模式效果与应用

8.4.1模式优缺点

8.4.2模式适用环境

8.4.3模式应用

8.5原型模式扩展

8.6本章小结

思考与练习

第9章单例模式

9.1单例模式动机与定义

9.1.1模式动机

9.1.2模式定义

9.2单例模式结构与分析

9.2.1模式结构

9.2.2模式分析

9.3单例模式实例与解析

9.3.1单例模式实例之身份证号码

9.3.2单例模式实例之打印池

9.4单例模式效果与应用

9.4.1模式优缺点

9.4.2模式适用环境

9.4.3模式应用

9.5单例模式扩展

9.6本章小结

思考与练习

第10章适配器模式

10.1结构型模式

10.1.1结构型模式概述

10.1.2结构型模式简介

10.2适配器模式动机与定义

10.2.1模式动机

10.2.2模式定义

10.3适配器模式结构与分析

10.3.1模式结构

10.3.2模式分析

10.4适配器模式实例与解析

10.4.1适配器模式实例之仿生机器人

10.4.2适配器模式实例之加密适配器

10.5适配器模式效果与应用

10.5.1模式优缺点

10.5.2模式适用环境

10.5.3模式应用

10.6适配器模式扩展

10.6.1缺省适配器模式

10.6.2双向适配器

10.7本章小结

思考与练习

第11章桥接模式

11.1桥接模式动机与定义

11.1.1模式动机

11.1.2模式定义

11.2桥接模式结构与分析

11.2.1模式结构

11.2.2模式分析

11.3桥接模式实例与解析

11.3.1桥接模式实例之模拟毛笔

11.3.2桥接模式实例之跨平台视频播放器

11.4桥接模式效果与应用

11.4.1模式优缺点

11.4.2模式适用环境

11.4.3模式应用

11.5桥接模式扩展

11.6本章小结

思考与练习

第12章组合模式

12.1组合模式动机与定义

12.1.1模式动机

12.1.2模式定义

12.2组合模式结构与分析

12.2.1模式结构

12.2.2模式分析

12.3组合模式实例与解析

12.3.1组合模式实例之水果盘

12.3.2组合模式实例之文件浏览

12.4组合模式效果与应用

12.4.1模式优缺点

12.4.2模式适用环境

12.4.3模式应用

12.5组合模式扩展

12.6本章小结

思考与练习

第13章装饰模式

13.1装饰模式动机与定义

13.1.1模式动机

13.1.2模式定义

13.2装饰模式结构与分析

13.2.1模式结构

13.2.2模式分析

13.3装饰模式实例与解析

13.3.1装饰模式实例之变形金刚

13.3.2装饰模式实例之多重加密系统

13.4装饰模式效果与应用

13.4.1模式优缺点

13.4.2模式适用环境

13.4.3模式应用

13.5装饰模式扩展

13.6本章小结

思考与练习

第14章外观模式

14.1外观模式动机与定义

14.1.1模式动机

14.1.2模式定义

14.2外观模式结构与分析

14.2.1模式结构

14.2.2模式分析

14.3外观模式实例与解析

14.3.1外观模式实例之电源总开关

14.3.2外观模式实例之文件加密

14.4外观模式效果与应用

14.4.1模式优缺点

14.4.2模式适用环境

14.4.3模式应用

14.5外观模式扩展

14.6本章小结

思考与练习

第15章享元模式

15.1享元模式动机与定义

15.1.1模式动机

15.1.2模式定义

15.2享元模式结构与分析

15.2.1模式结构

15.2.2模式分析

15.3享元模式实例与解析

15.3.1享元模式实例之共享网络设备（无外部状态）

15.3.2享元模式实例之共享网络设备（有外部状态）

15.4享元模式效果与应用

15.4.1模式优缺点

15.4.2模式适用环境

15.4.3模式应用

15.5享元模式扩展

15.6本章小结

思考与练习

第16章代理模式

16.1代理模式动机与定义

16.1.1模式动机

16.1.2模式定义

16.2代理模式结构与分析

16.2.1模式结构

16.2.2模式分析

16.3代理模式实例与解析

16.3.1代理模式实例之论坛权限控制代理

16.3.2代理模式实例之日志记录代理

16.4代理模式效果与应用

16.4.1模式优缺点

16.4.2模式适用环境

16.4.3模式应用

16.5代理模式扩展

16.6本章小结

思考与练习

第17章职责链模式

17.1行为型模式

17.1.1行为型模式概述

17.1.2行为型模式简介

17.2职责链模式动机与定义

17.2.1模式动机

17.2.2模式定义

17.3职责链模式结构与分析

17.3.1模式结构

17.3.2模式分析

17.4职责链模式实例与解析

17.5职责链模式效果与应用

17.5.1模式优缺点

17.5.2模式适用环境

17.5.3模式应用

17.6职责链模式扩展

17.7本章小结

思考与练习

第18章命令模式

18.1命令模式动机与定义

18.1.1模式动机

18.1.2模式定义

18.2命令模式结构与分析

18.2.1模式结构

18.2.2模式分析

18.3命令模式实例与解析

18.3.1命令模式实例之电视机遥控器

18.3.2命令模式实例之功能键设置

18.4命令模式效果与应用

18.4.1模式优缺点

18.4.2模式适用环境

18.4.3模式应用

18.5命令模式扩展

18.6本章小结

思考与练习

第19章解释器模式

19.1解释器模式动机与定义

19.1.1模式动机

19.1.2模式定义

19.2解释器模式结构与分析

19.2.1模式结构

19.2.2模式分析

19.3解释器模式实例与解析

19.4解释器模式效果与应用

19.4.1模式优缺点

19.4.2模式适用环境

19.4.3模式应用

19.5解释器模式扩展

19.6本章小结

思考与练习

第20章迭代器模式

20.1迭代器模式动机与定义

20.1.1模式动机

20.1.2模式定义

20.2迭代器模式结构与分析

20.2.1模式结构

20.2.2模式分析

20.3迭代器模式实例与解析

20.4迭代器模式效果与应用

20.4.1模式优缺点

20.4.2模式适用环境

20.4.3模式应用

20.5迭代器模式扩展

20.6本章小结

思考与练习

第21章中介者模式

21.1中介者模式动机与定义

21.1.1模式动机

21.1.2模式定义

21.2中介者模式结构与分析

21.2.1模式结构

21.2.2模式分析

21.3中介者模式实例与解析

21.4中介者模式效果与应用

21.4.1模式优缺点

21.4.2模式适用环境

21.4.3模式应用

21.5中介者模式扩展

21.6本章小结

思考与练习

第22章备忘录模式

22.1备忘录模式动机与定义

22.1.1模式动机

22.1.2模式定义

22.2备忘录模式结构与分析

22.2.1模式结构

22.2.2模式分析

22.3备忘录模式实例与解析

22.4备忘录模式效果与应用

22.4.1模式优缺点

22.4.2模式适用环境

22.4.3模式应用

22.5备忘录模式扩展

22.6本章小结

思考与练习

第23章观察者模式

23.1观察者模式动机与定义

23.1.1模式动机

23.1.2模式定义

23.2观察者模式结构与分析

23.2.1模式结构

23.2.2模式分析

23.3观察者模式实例与解析

23.3.1观察者模式实例之猫、狗与老鼠

23.3.2观察者模式实例之自定义登录控件

23.4观察者模式效果与应用

23.4.1模式优缺点

23.4.2模式适用环境

23.4.3模式应用

23.5观察者模式扩展

23.6本章小结

思考与练习

第24章状态模式

24.1状态模式动机与定义

24.1.1模式动机

24.1.2模式定义

24.2状态模式结构与分析

24.2.1模式结构

24.2.2模式分析

24.3状态模式实例与解析

24.3.1状态模式实例之论坛用户等级

24.3.2状态模式实例之银行账户

24.4状态模式效果与应用

24.4.1模式优缺点

24.4.2模式适用环境

24.4.3模式应用

24.5状态模式扩展

24.6本章小结

思考与练习

第25章策略模式

25.1策略模式动机与定义

25.1.1模式动机

25.1.2模式定义

25.2策略模式结构与分析

25.2.1模式结构

25.2.2模式分析

25.3策略模式实例与解析

25.3.1策略模式实例之排序策略

25.3.2策略模式实例之旅游出行策略

25.4策略模式效果与应用

25.4.1模式优缺点

25.4.2模式适用环境

25.4.3模式应用

25.5策略模式扩展

25.6本章小结

思考与练习

第26章模板方法模式

26.1模板方法模式动机与定义

26.1.1模式动机

26.1.2模式定义

26.2模板方法模式结构与分析

26.2.1模式结构

26.2.2模式分析

26.3模板方法模式实例与解析

26.3.1模板方法模式实例之银行业务办理流程

26.3.2模板方法模式实例之数据库操作模板

26.4模板方法模式效果与应用

26.4.1模式优缺点

26.4.2模式适用环境

26.4.3模式应用

26.5模板方法模式扩展

26.6本章小结

思考与练习

第27章访问者模式

27.1访问者模式动机与定义

27.1.1模式动机

27.1.2模式定义

27.2访问者模式结构与分析

27.2.1模式结构

27.2.2模式分析

27.3访问者模式实例与解析

27.3.1访问者模式实例之购物车

27.3.2访问者模式实例之奖励审批系统

27.4访问者模式效果与应用

27.4.1模式优缺点

27.4.2模式适用环境

27.4.3模式应用

27.5访问者模式扩展

27.6本章小结

思考与练习

参考文献

前言

鲁迅先生曾说过： “其实地上本没有路，走的人多了，也便成了路”。模式与之同理，它是人类在工程应用领域经验的总结与传承，是人类在具体环境下解决特定现实问题所积累和整理的解决方案。模式的概念来自于建筑领域，模式之父Christopher Alexander博士将模式定义为“在具体环境中解决问题的方法”，它可以用于人类所从事的各个领域，这其中也包括软件工程领域。
设计模式开创者之一、敏捷开发方法的创始人Erich Gamma曾说过： “设计和开发面向对象软件是非常困难的，而设计和开发可复用的面向对象软件则更加困难”。在软件开发过程中，有经验的设计者往往会重复使用他们在以前设计工作中曾经用到的一些解决方案，这些解决方案可以提高设计者的开发效率与软件质量，并使所设计的软件更加灵活，易于扩展，可复用性也更高。设计模式为实现可维护性复用而诞生。
设计模式已经成功应用于很多软件的设计中。设计模式、重构、UML等已成为一个优秀的面向对象软件开发人员所必须掌握的知识和技能。无论是面向对象编程的初学者还是有一定编程经验的程序员，都可以从设计模式的学习和使用中深入理解面向对象思想的精华，开发出可扩展性和复用性俱佳的软件。本书编者在十多年的软件开发和多年的教学工作中积累了丰富的设计模式使用经验和教学经验，也深刻体会到学习设计模式的意义。目前，国内越来越多的高校在软件工程研究生和本科生教学中开设了“软件体系结构”“面向对象分析和设计”等课程，而设计模式是这些课程的核心组成部分之一，还有的学校将设计模式作为一门单独的课程开设，而很多软件培训机构在软件工程师培训课程中也包含了设计模式相关内容。
本书的目的在于让广大学生和学员更快、更好地理解和掌握每一个设计模式。本书在整理时参考了目前市面上已有的设计模式书籍，集各家所长，并在此基础上进行扩展与整理，适用于高校和培训教学，将一些原本深奥并难以理解的设计思想通过一些简单实例进行解析，让读者能够轻松掌握面向对象设计思想的精髓。本书以“实例驱动教学”为整体编写原则，每一个模式的学习均基于一或两个实例，通过实例来加深对模式的理解，并结合实例学习如何在实际开发中运用所学模式。对于每一个模式，所学内容包括模式动机与定义、模式结构与分析、模式实例与解析、模式效果与应用和模式扩展，内容丰富，讲解透彻，并提供了模式结构和实例的UML类图和Java实现代码，所有类图均严格按照UML 2.X标准绘制，所有代码均在JDK 1.8环境下通过测试且运行无误。
本书一共有27章，可分为四个部分。
部分包含第1~3章，介绍面向对象设计的一些基本知识，包括UML基础知识、面向对象设计原则和设计模式概述，作为后续设计模式学习的知识基础。
第二部分包含第4~9章，介绍6种常用的创建型设计模式，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式和单例模式。
第三部分包含第10~16章，介绍7种常用的结构型设计模式，包括适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式和代理模式。
第四部分包含第17~27章，介绍11种常用的行为型设计模式，包括职责链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式和访问者模式。
本书提供了完整的配套教学资料，包括实例源代码和电子课件。在每一章后面均配有一定量的习题，读者可以通过这些习题对所学知识进行巩固，加深理解，并学会在项目中运用所学知识来解决实际问题。本书提供了对应的教学视频，并配有《设计模式实验及习题解析》，作为本书的题解和实验教程。这些教学资料将形成一个完整的体系，为教学和学习提供便利。
本书既可作为高等院校软件工程专业研究生和本科生设计模式、软件体系结构、面向对象分析与设计等相关课程的教材，也可以作为各软件培训机构的软件工程师培训、软件架构师培训教材，还可以作为广大软件爱好者和软件开发人员的自学和参考用书。
本书第1版于2011年10月由清华大学出版社出版，本书修订了第1版中存在的一些错误和问题，并更新了部分内容。本书的特点是提供了配套的教学视频，供广大师生参考学习所需。本书由刘伟（中南大学软件学院）担任主编，胡志刚（中南大学软件学院）和于俊洋（河南大学软件学院）担任副主编。在编写过程中参考和引用了国内外很多书籍和网站的相关内容，部分图片的素材和个别实例的初始原型也来源于网络，由于涉及的网站和网页太多，没有一一列举，在此一并予以感谢。本书第1版已被多所高校所使用，编者也收到了很多意见和建议，在此向所有帮助和支持我们的朋友表示感谢。后特别感谢清华大学出版社为本书的改版所付出的努力。
设计模式是无数人经验的积累，希望通过这本书的学习，读者能够从一些生活实例中领悟这些模式的精髓，并能够在合适的项目场景下使用它们。有了设计模式，我们的软件将变得更像一个艺术品，而不是一堆难以维护和重用的代码。
由于时间仓促、学识有限，书中不足和疏漏之处难免，恳请广大读者将意见和建议反馈给我们，以便在后续版本中不断改进和完善。
编者2018年8月30日