设计模式分类与应用指南

设计模式是软件开发中经过验证的解决特定问题的最佳实践。在Android开发中，恰当地应用设计模式可以显著提高代码的可维护性、可扩展性和可测试性。

一、设计模式三大类

设计模式主要分为三类，每一类解决不同领域的问题：

1. 创建型设计模式（Creational Patterns）

专注于对象的创建机制，帮助系统以适当的方式创建、组合和表示对象。

2. 结构型设计模式（Structural Patterns）

关注类和对象的组合，形成更大的结构，并保持结构的灵活和高效。

3. 行为型设计模式（Behavioral Patterns）

专注于对象之间的通信，以及对象的职责分配和算法抽象。

二、详细介绍各类设计模式

创建型设计模式

模式名称	描述	Android使用场景
单例模式 (Singleton)	确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点	- SharedPreferences实例 - 数据库连接管理 - 系统服务访问
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个类	- Fragment的创建 - Intent的创建 - 视图创建器
抽象工厂模式 (Abstract Factory)	提供一个创建相关对象家族的接口，无需指定具体类	- 不同主题UI组件族 - 跨平台组件创建
建造者模式 (Builder)	分步骤构建复杂对象，允许用不同的方式创建	- AlertDialog.Builder - Retrofit配置 - NotificationCompat.Builder
原型模式 (Prototype)	通过复制现有实例来创建新对象	- 深度复制复杂对象 - UI元素克隆

结构型设计模式

模式名称	描述	Android使用场景
适配器模式 (Adapter)	将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口	- RecyclerView.Adapter - ArrayAdapter - 旧API适配
桥接模式 (Bridge)	将抽象与实现分离，使它们可以独立变化	- 不同设备屏幕的渲染 - 支持多种数据源的View
组合模式 (Composite)	将对象组合成树形结构表示"部分-整体"层次	- View层级结构 - 复杂UI组件
装饰模式 (Decorator)	动态给对象添加额外的职责	- ContextWrapper - InputStreamReader
外观模式 (Facade)	为子系统提供一个统一的高层接口	- Camera API包装 - 复杂功能的简化接口
享元模式 (Flyweight)	通过共享技术有效支持大量细粒度对象	- 字符串常量池 - 图片资源缓存
代理模式 (Proxy)	为其他对象提供一个替身或占位符以控制对这个对象的访问	- 图片懒加载 - 远程服务代理 - 权限检查

行为型设计模式

模式名称	描述	Android使用场景
责任链模式 (Chain of Responsibility)	多个对象处理请求，避免请求发送者和接收者耦合	- 事件分发机制 - 拦截器链 - 中间件处理
命令模式 (Command)	将请求封装为一个对象，使不同请求参数化	- 撤销/重做功能 - 队列请求 - 任务调度
解释器模式 (Interpreter)	定义语言的语法表示，解释相应的句子	- 简单表达式计算 - 规则引擎
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	- Cursor遍历 - 集合遍历
中介者模式 (Mediator)	封装一组对象如何交互，集中相互通信的复杂性	- Fragment通信 - ViewModel作为UI和数据层中介
备忘录模式 (Memento)	捕获对象内部状态，在将来可以恢复	- Activity状态保存与恢复 - 编辑器撤销功能
观察者模式 (Observer)	定义对象间的依赖关系，当一个对象改变时，依赖它的对象都得到通知	- LiveData - BroadcastReceiver - EventBus
状态模式 (State)	允许对象在内部状态改变时改变行为	- 播放器状态管理 - 网络连接状态
策略模式 (Strategy)	定义一系列算法，封装每个算法，并使它们可互换	- 不同布局管理器 - 多种排序算法 - 图片加载策略
模板方法模式 (Template Method)	定义算法骨架，延迟某些步骤到子类	- Activity生命周期 - AsyncTask - RecyclerView.Adapter
访问者模式 (Visitor)	表示作用于对象结构的操作，可在不改变元素的类的前提下定义新的操作	- 注解处理 - 复杂对象结构处理

三、如何选择适当的设计模式

要快速确定使用哪种设计模式，可以遵循以下步骤：

明确问题本质：
- 是创建对象的问题？考虑创建型模式
- 是对象结构组织问题？考虑结构型模式
- 是对象交互和职责分配问题？考虑行为型模式
提问以缩小范围：

创建对象相关：
- 需要控制类的实例数量？→ 单例模式
- 需要根据条件创建不同但相关的对象？→ 工厂方法模式
- 需要创建一组相关对象？→ 抽象工厂模式
- 对象构建过程复杂或需要分步构建？→ 建造者模式
- 基于现有对象创建新对象？→ 原型模式
结构组织相关：
- 需要使不兼容的接口协同工作？→ 适配器模式
- 希望抽象和实现可以独立变化？→ 桥接模式
- 需要表示对象的层次结构？→ 组合模式
- 需要动态添加功能到对象？→ 装饰模式
- 希望简化复杂子系统？→ 外观模式
- 需要高效共享细粒度对象？→ 享元模式
- 需要控制对对象的访问？→ 代理模式
对象交互相关：
- 多个对象可处理请求且不知道谁会处理？→ 责任链模式
- 需要参数化和队列化请求？→ 命令模式
- 需要顺序访问集合元素而不暴露内部结构？→ 迭代器模式
- 需要对象间松散耦合通信？→ 观察者模式
- 对象行为依赖其状态？→ 状态模式
- 需要在运行时选择算法？→ 策略模式
- 算法有固定结构但某些步骤在子类中实现？→ 模板方法模式

四、实用决策图

下面是一个简化的决策流程图，帮助快速选择合适的设计模式：

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问题类型
├── 创建对象
│   ├── 单个实例 → 单例模式
│   ├── 根据条件创建不同对象 → 工厂方法模式
│   ├── 创建对象族 → 抽象工厂模式
│   ├── 复杂对象分步构建 → 建造者模式
│   └── 基于已有对象创建 → 原型模式
│
├── 结构组织
│   ├── 接口不兼容 → 适配器模式
│   ├── 抽象与实现分离 → 桥接模式
│   ├── 树形结构 → 组合模式
│   ├── 动态扩展功能 → 装饰模式
│   ├── 简化复杂系统 → 外观模式
│   ├── 共享细粒度对象 → 享元模式
│   └── 控制访问 → 代理模式
│
└── 对象交互
    ├── 链式处理请求 → 责任链模式
    ├── 封装请求为对象 → 命令模式
    ├── 顺序访问集合元素 → 迭代器模式
    ├── 对象状态变化通知依赖者 → 观察者模式
    ├── 根据状态改变行为 → 状态模式
    ├── 可互换算法 → 策略模式
    └── 定义算法骨架 → 模板方法模式

在实际开发中，多种设计模式常常结合使用，创建更加灵活和强大的应用架构。深入理解每种模式的优缺点和适用场景，是高效应用设计模式的关键。