常见的设计模式及工业场景下应用（更新中）

一、前言

无论那种编程语言，特别是面向对象OOP（Object-Oriented Programming，简称 OOP）这种，在编写特定场景下，有对应编码方式有会对应的优势，这时候就需要用到设计模式。

"GoF"是软件设计里一个非常经典的缩写，指的是《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》这本书的四位作者：

Erich Gamma
Richard Helm
Ralph Johnson
John Vlissides

他们被称为"Gang of Four（四人帮）"，简称 GoF。这本书系统总结了 23 种经典设计模式，是面向对象设计的基石。

下面以C# 编程语言进行常见的GoF设计模式的编码样例、特点及应用场景！

二、常见的设计模式及应用

下面按工业或者实际开发用到较多进行排序并逐一介绍！

2.1单例模式（创建型）

定义：一个类在整个应用程序生命周期中只有一个实例，并且只有一个全局访问点（全局访问点：只能通过一个固定的访问入口来获取对象，这个入口由单例类自己提供）。

特点：

构造方法私有（private）;
类内部（private）维护一个静态实例引用字段；
通过一个静态方法或属性来获取对应实例（对应私有字段），对应全局访问点；
确保线程安全（多线程环境下只能产生一个实例）；

应用场景：

配置中心；
日志类；
全局缓存；
数据库连接/HttpClient；

2.1.1静态构造函数

代码样例：

csharp 复制代码

/// <summary>
    /// 简单的单例模式类,天然线程安全
    /// </summary>
    public class Singleton
    {
        /// <summary>
        /// 私有的自身对象的字段
        /// </summary>
        private static  readonly Singleton singleton=new Singleton();
        /// <summary>
        /// 公开的自身类属性,全局访问点
        /// </summary>
        public static Singleton GetSingleton => singleton;
        /// <summary>
        /// 私有的实例方法
        /// </summary>
        private Singleton() { }
    }

2.1.2简单版本

csharp 复制代码

public class Singleton
{
    private static Singleton _instance;

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
                _instance = new Singleton();
            return _instance;
        }
    }
}

分析：基本使用，但是不加锁，线程不安全！

变样：可以增加lock锁，但是会获取对象时，有性能损耗！

2.1.3Lazy<T>版本

csharp 复制代码

public class Singleton
{
    private static readonly Lazy<Singleton> _instance =
        new Lazy<Singleton>(() => new Singleton());

    private Singleton() { }

    public static Singleton Instance => _instance.Value;
}

分析：延迟加载 + 线程安全 + 最简洁！

Lazy<T> 表示某个对象直到第一次使用时才会真正创建。

Lazy:懒加载（Lazy Initialization）, .NET 提供的一个泛型类，用来实现"按需创建对象"。

2.2简单工厂（创建型）

定义：通过一个工厂类来统一管理对象的创建（把创建对象的逻辑从使用者那里抽离出来，让工厂来决定创建哪一个具体产品）。

特点：

抽象产品（接口/抽象类）；
具体产品（实现类，有抽象产品的规范和约定的行为方法）；
工厂类（负责创建对象）；

应用场景：

需要经常切换不同模式；
客户端不想理解创建细节；

2.2.1基本样例

csharp 复制代码

/// <summary>
    /// 抽象产品
    /// </summary>
    public abstract class Product {
        public abstract void Use();
        public void Do() {
            Console.WriteLine("Do something!");
        }
    }
    /// <summary>
    /// 实际产品A
    /// </summary>
    public class ProductA :Product
    {
        public void UseA() { }
        public override void Use() { }
    }
    /// <summary>
    /// 实际产品B
    /// </summary>
    public class ProductB : Product
    {
        public override void Use() { }
    }
    public class ProductC : Product
    {
        public override void Use() { }
    }
    /// <summary>
    /// 工厂类
    /// </summary>
    public class FactoryMethod
    {
        public static Product Create(string type_) {
            Product dstProduct_ = null;
            switch (type_) {
                case "A":
                    dstProduct_ = new ProductA();
                    break;
                case "B":
                    dstProduct_ = new ProductB();
                    break;
                case "C":
                    dstProduct_ = new ProductC();
                    break;
                default:
                    throw new Exception();
            }
            return dstProduct_;
        }
    }

2.3抽象工厂（创建型）

定义：用于在不指定具体类的前提下，创建一族（Family）相关或互相依赖的对象（产品）。

特点：

定义不同的产品接口，然后在不同产品上各自实现接口；
定义抽象工厂接口，包含不同的产品接口；
不同工厂生产不同产品族；

应用场景：

操作系统相关 API 封装；
UI 库（Windows/Mac/Linux）；

2.3.1基本样例

设计代码：

csharp 复制代码

 #region 抽象产品
    /// <summary>
    /// 抽象产品A
    /// </summary>
    public interface IButton
    {
        void Click();
    }
    /// <summary>
    /// 抽象产品B
    /// </summary>
    public interface ITextBox
    {
        void Display();
    }
    #endregion
    #region 具体实现的产品分类
    /// <summary>
    /// 第1类的A
    /// </summary>
    public class WindowsButton : IButton
    {
        public void Click() => Console.WriteLine("Windows Button clicked");
    }
    /// <summary>
    /// 第1类的B
    /// </summary>
    public class WindowsTextBox : ITextBox
    {
        public void Display() => Console.WriteLine("Windows TextBox displayed");
    }
    /// <summary>
    /// 第2类的A
    /// </summary>
    public class MacButton : IButton
    {
        public void Click() => Console.WriteLine("Mac Button clicked");
    }
    /// <summary>
    /// 第2类的B
    /// </summary>
    public class MacTextBox : ITextBox
    {
        public void Display() => Console.WriteLine("Mac TextBox displayed");
    }
    #endregion
    #region 抽象工厂实现
    /// <summary>
    /// 抽象工厂
    /// </summary>
    public interface IUIFactory
    {
        IButton CreateButton();
        ITextBox CreateTextBox();
    }
    /// <summary>
    /// 第一类的工厂
    /// </summary>
    public class WindowsUIFactory : IUIFactory
    {
        public IButton CreateButton() => new WindowsButton();
        public ITextBox CreateTextBox() => new WindowsTextBox();
    }
    /// <summary>
    /// 第二类的工厂
    /// </summary>
    public class MacUIFactory : IUIFactory
    {
        public IButton CreateButton() => new MacButton();
        public ITextBox CreateTextBox() => new MacTextBox();
    }
    #endregion

调用代码：

csharp 复制代码

IUIFactory factory = new WindowsUIFactory();  // 或 MacUIFactory
IButton button = factory.CreateButton();
ITextBox textBox = factory.CreateTextBox();
 button.Click();
 textBox.Display();

分析：客户端完全不依赖具体产品类。

2.4代理模式（结构型）

定义：让一个对象（代理对象）控制对另一个对象（真实对象）的访问。给真实对象"加一层壳"，增强功能但不改变其核心逻辑。

特点：

定义抽象接口；
真实对象和代理对象实现对应接口；
代理对象增加真实对象功能；

应用场景：

权限校验；
缓存结果，提高性能；
延迟初始化（懒加载）；
远程访问（RMI、WebService 等）；
监控访问次数、日志记录；
为对象创建前后添加 AOP 行为；

2.4.1基本样例

设计代码：

csharp 复制代码

// <summary>
    /// 抽象接口
    /// </summary>
    public interface ISubject
    {
        void DoWork();
    }
    /// <summary>
    /// 真实对象
    /// </summary>
    public class RealSubject : ISubject
    {
        public void DoWork()
        {
            Console.WriteLine("RealSubject: 正在执行核心业务逻辑...");
        }
    }
    /// <summary>
    /// 代理对象
    /// </summary>
    public class Proxy : ISubject
    {
        private RealSubject _realSubject;

        public Proxy()
        {
            _realSubject = new RealSubject();
        }

        public void DoWork()
        {
            Console.WriteLine("Proxy: 开始前置处理（例如日志记录）...");
            _realSubject.DoWork();
            Console.WriteLine("Proxy: 后置处理（例如监控、统计）...");
        }
    }

调用代码：

csharp 复制代码

ISubject subject = new Proxy();
subject.DoWork();

四、参考资料

以上文章仅做参考学习，如有不足，敬请批评指正！

常见的设计模式及工业场景下应用（更新中）

目录：

一、前言

二、常见的设计模式及应用

2.1单例模式（创建型）

2.1.1静态构造函数

2.1.2简单版本

2.1.3Lazy<T>版本

2.2简单工厂（创建型）

2.2.1基本样例

2.3抽象工厂（创建型）

2.3.1基本样例

2.4代理模式（结构型）

2.4.1基本样例

四、参考资料