设计模式之美

第 1章概述　1
1.1　为什么学习代码设计　2
1.1.1　编写高质量的代码　2
1.1.2　应对复杂代码的开发　2
1.1.3　程序员的基本功　3
1.1.4　职场发展的必备技能　4
1.1.5　思考题　4
1.2　如何评价代码质量　4
1.2.1　可维护性（maintainability）　5
1.2.2　可读性（readability）　6
1.2.3　可扩展性（extensibility）　6
1.2.4　灵活性（flexibility）　6
1.2.5　简洁性（simplicity）　7
1.2.6　可复用性（reusability）　7
1.2.7　可测试性（testability）　7
1.2.8　思考题　8
1.3　如何写出高质量代码　8
1.3.1　面向对象　8
1.3.2　设计原则　8
1.3.3　设计模式　9
1.3.4　代码规范　9
1.3.5　重构技巧　10
1.3.6　思考题　11
1.4　如何避免过度设计　 11
1.4.1　代码设计的初衷是提高代码质量　11
1.4.2　代码设计的原则是“先有问题，后有方案”　12
1.4.3　代码设计的应用场景是复杂代码　12
1.4.4　持续重构可有效避免过度设计　12
1.4.5　不要脱离具体的场景谈代码设计　13
1.4.6　思考题　13
第 2章面向对象编程范式　14
2.1　当我们在谈论面向对象时，到底在谈论什么　15
2.1.1　面向对象编程和面向对象编程语言　15
2.1.2　非严格定义的面向对象编程语言　16
2.1.3　面向对象分析和面向对象设计　16
2.1.4　关于UML的说明　17
2.1.5　思考题　17
2.2　封装、抽象、继承和多态为何而生　17
2.2.1　封装（encapsulation）　18
2.2.2　抽象（abstraction）　20
2.2.3　继承（inheritance）　21
2.2.4　多态（polymorphism）　22
2.2.5　思考题　25
2.3　如何进行面向对象分析、面向对象设计和面向对象编程　25
2.3.1　案例介绍和难点剖析　25
2.3.2　如何进行面向对象分析　26
2.3.3　如何进行面向对象设计　28
2.3.4　如何进行面向对象编程　34
2.3.5　思考题　35
2.4　面向对象编程与面向过程编程和函数式编程之间的区别　35
2.4.1　面向过程编程　36
2.4.2　面向对象编程和面向过程编程的对比　38
2.4.3　函数式编程　40
2.4.4　面向对象编程和函数式编程的对比　44
2.4.5　思考题　44
2.5　哪些代码看似面向对象编程风格，实则面向过程编程风格　45
2.5.1　滥用getter、setter方法　45
2.5.2　滥用全局变量和全局方法　47
2.5.3　定义数据和方法分离的类　49
2.5.4　思考题　50
2.6　基于“贫血”模型的传统开发模式是否违背OOP　51
2.6.1　基于“贫血”模型的传统开发模式　51
2.6.2　基于“充血”模型的DDD开发模式　52
2.6.3　两种开发模式的应用对比　53
2.6.4　基于“贫血”模型的传统开发模式被广泛应用的原因　57
2.6.5　基于“充血”模型的DDD开发模式的应用场景　58
2.6.6　思考题　59
2.7　接口和抽象类：如何使用普通类模拟接口和抽象类　59
2.7.1　抽象类和接口的定义与区别　59
2.7.2　抽象类和接口存在的意义　62
2.7.3　模拟实现抽象类和接口　64
2.7.4　抽象类和接口的应用场景　65
2.7.5　思考题　65
2.8　基于接口而非实现编程：有没有必要为每个类都定义接口　65
2.8.1　接口的多种理解方式　66
2.8.2　设计思想实战应用　66
2.8.3　避免滥用接口　69
2.8.4　思考题　69
2.9　组合优于继承：什么情况下可以使用继承　70
2.9.1　为什么不推荐使用继承　70
2.9.2　相比继承，组合有哪些优势　72
2.9.3　如何决定是使用组合还是使用继承　73
2.9.4　思考题　74

第3章设计原则　75
3.1　单一职责原则：如何判定某个类的职责是否单一　76
3.1.1　单一职责原则的定义和解读　76
3.1.2　如何判断类的职责是否单一　76
3.1.3　类的职责是否越细化越好　78
3.1.4　思考题　79
3.2　开闭原则：只要修改代码，就一定违反开闭原则吗　79
3.2.1　如何理解“对扩展开放、对修改关闭”　80
3.2.2　修改代码就意味着违反开闭原则吗　83
3.2.3　如何做到“对扩展开放、对修改关闭”　84
3.2.4　如何在项目中灵活应用开闭原则　85
3.2.5　思考题　86
3.3　里氏替换原则：什么样的代码才算违反里氏替换原则　86
3.3.1　里氏替换原则的定义　86
3.3.2　里氏替换原则与多态的区别　88
3.3.3　违反里氏替换原则的反模式　89
3.3.4　思考题　89
3.4　接口隔离原则：如何理解该原则中的“接口”　89
3.4.1　把“接口”理解为一组API或函数　90
3.4.2　把“接口”理解为单个API或函数　91
3.4.3　把“接口”理解为OOP中的接口概念　92
3.4.4　思考题　96
3.5　依赖反转原则：依赖反转与控制反转、依赖注入有何关系　97
3.5.1　控制反转（IoC）　97
3.5.2　依赖注入（DI）　98
3.5.3　依赖注入框架（DI Framework）　99
3.5.4　依赖反转原则（DIP）　100
3.5.5　思考题　100
3.6　KISS原则和YAGNI原则：二者是一回事吗　100
3.6.1　KISS原则的定义和解读　101
3.6.2　代码并非行数越少越简单　101
3.6.3　代码复杂不一定违反KISS原则　103
3.6.4　如何写出满足KISS原则的代码　104
3.6.5　YAGNI原则和KISS原则的区别　104
3.6.6　思考题　104
3.7　DRY原则：相同的两段代码就一定违反DRY原则吗　104
3.7.1　代码逻辑重复　105
3.7.2　功能（语义）重复　106
3.7.3　代码执行重复　107
3.7.4　代码的复用性　109
3.7.5　思考题　110
3.8　LoD：如何实现代码的“高内聚、低耦合”　110
3.8.1　何为“高内聚、低耦合”　110
3.8.2　LoD的定义描述　111
3.8.3　定义解读与代码示例一　112
3.8.4　定义解读与代码示例二　114
3.8.5　思考题　116
第4章代码规范　117
4.1　命名与注释：如何精准命名和编写注释　118
4.1.1　长命名和短命名哪个更好　118
4.1.2　利用上下文信息简化命名　118
4.1.3　利用业务词汇表统一命名　118
4.1.4　命名既要精准又要抽象　119
4.1.5　注释应该包含哪些内容　119
4.1.6　注释并非越多越好　120
4.1.7　思考题　120
4.2　代码风格：与其争论标准，不如团队统一　121
4.2.1　类、函数多大才合适　121
4.2.2　一行代码多长才合适　121
4.2.3　善用空行分割代码块　121
4.2.4　是四格缩进还是两格缩进　122
4.2.5　左大括号是否要另起一行　122
4.2.6　类中成员的排列顺序　122
4.2.7　思考题　123
4.3　编程技巧：小技巧，大作用，一招提高代码的可读性　123
4.3.1　将复杂的代码模块化　123
4.3.2　避免函数的参数过多　124
4.3.3　移除函数中的flag参数　125
4.3.4　移除嵌套过深的代码　126
4.3.5　学会使用解释性变量　128
4.3.6　思考题　129
第5章重构技巧　130
5.1　重构四要素：目的、对象、时机和方法　131
5.1.1　重构的目的：为什么重构（why）　131
5.1.2　重构的对象：到底重构什么（what）　131
5.1.3　重构的时机：什么时候重构（when）　132
5.1.4　重构的方法：应该如何重构（how）　132
5.1.5　思考题　133
5.2　单元测试：保证重构不出错的有效手段　133
5.2.1　什么是单元测试　133
5.2.2　为什么要编写单元测试代码　135
5.2.3　如何设计单元测试　136
5.2.4　为什么单元测试落地困难　138
5.2.5　思考题　139
5.3　代码的可测试性：如何编写可测试代码　139
5.3.1　编写可测试代码的方法　139
5.3.2　常见不可测试代码示例　146
5.3.3　思考题　147
5.4　解耦：哪些方法可以用来解耦代码　147
5.4.1　为何解耦如此重要　147
5.4.2　如何判断代码是否需要解耦　148
5.4.3　如何给代码解耦　148
5.4.4　思考题　150
5.5　重构案例：将ID生成器代码从“能用”重构为“好用”　150
5.5.1　ID生成器需求背景　150
5.5.2　“凑合能用”的代码实现　151
5.5.3　如何发现代码的质量问题　152
5.5.4　第 一轮重构：提高代码的可读性　153
5.5.5　第二轮重构：提高代码的可测试性　155
5.5.6　第三轮重构：编写单元测试代码　156
5.5.7　第四轮重构：重构异常处理逻辑　158
5.5.8　思考题　165
第6章创建型设计模式　166
6.1　单例模式（上）：为什么不推荐在项目中使用单例模式　167
6.1.1　单例模式的定义　167
6.1.2　单例模式的实现方法　167
6.1.3　单例模式的应用：日志写入　170
6.1.4　单例模式的弊端　173
6.1.5　单例模式的替代方案　175
6.1.6　思考题　176
6.2　单例模式（下）：如何设计实现一个分布式单例模式　177
6.2.1　单例模式的唯一性　177
6.2.2　线程唯一的单例模式　177
6.2.3　集群环境下的单例模式　178
6.2.4　多例模式　179
6.2.5　思考题　180
6.3　工厂模式（上）：如何解耦复杂对象的创建和使用　180
6.3.1　简单工厂模式（Simple Factory Pattern）　181
6.3.2　工厂方法模式（Factory Method Pattern）　183
6.3.3　抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）　186
6.3.4　工厂模式的应用场景总结　187
6.3.5　思考题　187
6.4　工厂模式（下）：如何设计实现一个依赖注入容器　188
6.4.1　DI容器与工厂模式的区别　188
6.4.2　DI容器的核心功能　188
6.4.3　DI容器的设计与实现　190
6.4.4　思考题　194
6.5　建造者模式：什么情况下必须用建造者模式创建对象　194
6.5.1　使用构造函数创建对象　194
6.5.2　使用setter方法为成员变量赋值　195
6.5.3　使用建造者模式做参数校验　196
6.5.4　建造者模式在Guava中的应用　198
6.5.5　建造者模式与工厂模式的区别　200
6.5.6　思考题　200
6.6　原型模式：如何快速复制（clone）一个哈希表　200
6.6.1　原型模式的定义　200
6.6.2　原型模式的应用举例　201
6.6.3　原型模式的实现方式：深拷贝和浅拷贝　203
6.6.4　思考题　206
第7章结构型设计模式　208
7.1　代理模式：代理模式在RPC、缓存和监控等场景中的应用　209
7.1.1　基于接口实现代理模式　209
7.1.2　基于继承实现代理模式　211
7.1.3　基于反射实现动态代理　211
7.1.4　代理模式的各种应用场景　212
7.1.5　思考题　213
7.2　装饰器模式：剖析Java IO类库的底层设计思想　213
7.2.1　Java IO类库的“奇怪”用法　213
7.2.2　基于继承的设计方案　215
7.2.3　基于装饰器模式的设计方案　215
7.2.4　思考题　219
7.3　适配器模式：如何利用适配器模式解决代码的不兼容问题　219
7.3.1　类适配器和对象适配器　219
7.3.2　适配器模式的5种应用场景　221
7.3.3　适配器模式在Java日志中的应用　224
7.3.4　Wrapper设计模式　226
7.3.5　思考题　230
7.4　桥接模式：如何将M×N的继承关系简化为M+N的组合关系　230
7.4.1　桥接模式的定义　230
7.4.2　桥接模式解决继承“爆炸”问题　230
7.4.3　思考题　231
7.5　门面模式：如何设计接口以兼顾接口的易用性和通用性　231
7.5.1　门面模式和接口设计　231
7.5.2　利用门面模式提高接口易用性　232
7.5.3　利用门面模式提高接口性能　232
7.5.4　利用门面模式解决事务问题　232
7.5.5　思考题　233
7.6　组合模式：一种应用在树形结构上的特殊设计模式　233
7.6.1　组合模式的应用一：目录树　233
7.6.2　组合模式的应用二：人力树　237
7.6.3　思考题　239
7.7　享元模式：如何利用享元模式降低系统的内存开销　239
7.7.1　享元模式在棋牌游戏中的应用　239
7.7.2　享元模式在文本编辑器中的应用　242
7.7.3　享元模式在Java Integer中的应用　244
7.7.4　享元模式在Java String中的应用　247
7.7.5　享元模式与单例模式、缓存、对象池的区别　248
7.7.6　思考题　248
第8章行为型设计模式　249
8.1　观察者模式：如何实现一个异步非阻塞的EventBus框架　250
8.1.1　观察者模式的定义　250
8.1.2　观察者模式的代码实现　250
8.1.3　观察者模式存在的意义　251
8.1.4　观察者模式的应用场景　253
8.1.5　异步非阻塞观察者模式　254
8.1.6　EventBus框架功能介绍　255
8.1.7　从零开始实现EventBus框架　257
8.1.8　思考题　261
8.2　模板方法模式（上）：模板方法模式在JDK、Servlet、JUnit中的应用　261
8.2.1　模板方法模式的定义与实现　261
8.2.2　模板方法模式的作用一：复用　262
8.2.3　模板方法模式的作用二：扩展　264
8.2.4　思考题　266
8.3　模板方法模式（下）：模板方法模式与回调有何区别和联系　267
8.3.1　回调的原理与实现　267
8.3.2　应用示例一：JdbcTemplate　268
8.3.3　应用示例二：setClickListener()　270
8.3.4　应用示例三：addShutdownHook()　271
8.3.5　模板方法模式与回调的区别　272
8.3.6　思考题　273
8.4　策略模式：如何避免冗长的if-else和switch-case语句　273
8.4.1　策略模式的定义与实现　273
8.4.2　利用策略模式替代分支判断　275
8.4.3　策略模式的应用举例：对文件中的内容进行排序　277
8.4.4　避免策略模式误用　281
8.4.5　思考题　281
8.5　职责链模式：框架中的过滤器、拦截器和插件是如何实现的　282
8.5.1　职责链模式的定义和实现　282
8.5.2　职责链模式在敏感词过滤中的应用　286
8.5.3　职责链模式在Servlet Filter中的应用　288
8.5.4　职责链模式在Spring Interceptor中的应用　290
8.5.5　职责链模式在MyBatis Plugin中的应用　293
8.5.6　思考题　297
8.6　状态模式：游戏和工作流引擎中常用的状态机是如何实现的　297
8.6.1　什么是有限状态机　298
8.6.2　状态机实现方式一：分支判断法　300
8.6.3　状态机实现方式二：查表法　301
8.6.4　状态机实现方式三：状态模式　303
8.6.5　思考题　306
8.7　迭代器模式（上）：为什么要用迭代器遍历集合　306
8.7.1　迭代器模式的定义和实现　307
8.7.2　遍历集合的3种方法　309
8.7.3　迭代器遍历集合的问题　310
8.7.4　迭代器遍历集合的问题的解决方案　311
8.7.5　思考题　315
8.8　迭代器模式（下）：如何实现一个支持快照功能的迭代器　315
8.8.1　支持快照功能的迭代器　315
8.8.2　设计思路一：基于多副本　316
8.8.3　设计思路二：基于时间戳　317
8.8.4　思考题　319
8.9　访问者模式：为什么支持双分派的编程语言不需要访问者模式　320
8.9.1　“发明”访问者模式　320
8.9.2　双分派（Double Dispatch）　328
8.9.3　思考题　330
8.10　备忘录模式：如何优雅地实现数据防丢失、撤销和恢复功能　330
8.10.1　备忘录模式的定义与实现　331
8.10.2　优化备忘录模式的时间和空间开销　333
8.10.3　思考题　334
8.11　命令模式：如何设计实现基于命令模式的手游服务器　334
8.11.1　命令模式的定义　334
8.11.2　命令模式的应用：手游服务器　335
8.11.3　命令模式与策略模式的区别　336
8.11.4　思考题　337
8.12　解释器模式：如何设计实现一个自定义接口告警规则的功能　337
8.12.1　解释器模式的定义　337
8.12.2　解释器模式的应用：表达式计算　337
8.12.3　解释器模式的应用：规则引擎　340
8.12.4　思考题　343
8.13　中介模式：什么时候使用中介模式？什么时候使用观察者模式？　343
8.13.1　中介模式的定义和实现　343
8.13.2　中介模式与观察者模式的区别　344
8.13.3　思考题　344