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计划模式入门：从 GoF 分类到 SOLID 原则实战
一、计划模式的劈头与焦点价值
1.1 为什么必要计划模式？
在软件开发中，重复解决相似问题会导致：
- 代码冗余：雷同逻辑重复实现（如日志模块）
- 维护困难：修改一处影响多处（如硬编码策略）
- 扩展性差：新增功能需大幅改动现有代码
计划模式通过可复用的解决方案模板，资助开发者：
- 提拔代码可维护性（遵照开闭原则）
- 低沉模块耦合度（依赖倒置原则）
- 加速计划决策（直接应用成熟方案）
1.2 GoF 23 种模式分类
1994 年《计划模式：可复用面向对象软件的底子》提出经典分类，形成计划模式的 “瑞士军刀”：
二、面向对象计划五大焦点原则（SOLID）
2.1 单一职责原则（SRP）
定义：一个类只负责一项职责反例：
- // 反模式：同时处理用户认证和日志记录
- public class UserService {
- public boolean login(String username, String password) {
- // 认证逻辑
- log("用户登录:" + username);
- return true;
- }
- private void log(String msg) {
- // 日志写入文件
- }
- }
- // 拆分认证服务与日志服务
- public class UserAuthService { /* 认证逻辑 */ }
- public class LoggerService { /* 日志写入 */ }
定义：对扩展开放，对修改关闭实现方式：
- 通过接口定义举动（Logger接口）
- 详细实现类继承接口（FileLogger, ConsoleLogger）
- 客户端依赖接口而非实现
实战：
- // 定义日志接口
- public interface Logger {
- void log(String message);
- }
- // 扩展实现（无需修改原有代码）
- public class FileLogger implements Logger { /* 文件日志 */ }
- public class ConsoleLogger implements Logger { /* 控制台日志 */ }
- // 客户端注入接口（Spring依赖注入）
- @Service
- public class OrderService {
- private final Logger logger;
- public OrderService(Logger logger) { this.logger = logger; }
- }
定义：高层模块不依赖低层模块，共同依赖抽象错误实践：
- // 高层模块直接依赖具体实现（数据库操作）
- public class UserRepository {
- private MySQLConnection conn; // 低层模块
- }
- // 定义抽象接口
- public interface DatabaseConnection { /* 数据库连接 */ }
- // 具体实现（MySQL/Oracle）
- public class MySQLConnection implements DatabaseConnection { /* ... */ }
- // 高层模块依赖抽象
- public class UserRepository {
- private final DatabaseConnection conn;
- public UserRepository(DatabaseConnection conn) { this.conn = conn; }
- }
定义：子类可替换父类而不影响程序逻辑案例：
- // 正方形不应继承长方形（违反面积计算逻辑）
- class Rectangle {
- protected int width, height;
- public void setWidth(int w) { width = w; }
- public void setHeight(int h) { height = h; }
- }
- // 反模式：正方形强制要求width=height
- class Square extends Rectangle {
- @Override
- public void setWidth(int w) {
- width = w;
- height = w; // 破坏里氏替换原则
- }
- }
定义：客户端不依赖不必要的接口方法反模式：
- // 胖接口包含无关方法
- public interface Animal {
- void eat();
- void fly(); // 非所有动物都会飞
- }
- class Pig implements Animal {
- @Override public void eat() { /* ... */ }
- @Override public void fly() { throw new UnsupportedOperationException(); } // 强制实现无用方法
- }
- // 拆分为独立接口
- public interface EatAble { void eat(); }
- public interface FlyAble { void fly(); }
- class Pig implements EatAble { /* 仅实现进食 */ }
- class Bird implements EatAble, FlyAble { /* 实现两种能力 */ }
3.1 JDK 中的模式实践
模式JDK 类 / 方法应用场景工厂模式Calendar.getInstance()创建差别时区的日历实例单例模式Runtime.getRuntime()全局唯一运行时环境观察者模式Observable/ObserverAWT 事件监听机制 3.2 Spring 框架中的模式应用
- // BeanFactory创建Bean实例
- ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("bean.xml");
- UserService userService = context.getBean("userService", UserService.class);
- // AOP实现方法增强
- @Transactional
- public void createOrder() { /* 订单创建 */ }
- // JdbcTemplate简化数据库操作
- jdbcTemplate.query("SELECT * FROM USER", (rs) -> new User(rs.getInt("id")));
3.3.1 装饰器模式（Decorator Pattern）
框架应用：
- BeanPostProcessor：加强 Bean 功能（如 AOP 署理生成）
- HandlerInterceptor：哀求处理链加强（日志记载、权限校验）
源码解析：
- // BeanPostProcessor装饰器链
- public interface BeanPostProcessor {
- Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName);
- Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName);
- }
- // 典型实现：ProxyProcessorSupport（生成AOP代理）
- protected Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {
- if (!this.targetSourcedBeans.contains(beanName)) {
- return createProxy(bean, beanName, specificInterceptors, new SingletonTargetSource(bean));
- }
- return bean;
- }
应用场景：
- 事务管理策略：PlatformTransactionManager支持差别事务源（JTA/DataSource）
- 消息转换器：HttpMessageConverter支持多种数据格式（JSON/XML）
配置示例：
- // 声明不同事务策略
- @Bean
- public PlatformTransactionManager jtaTransactionManager() {
- return new JtaTransactionManager();
- }
- @Bean
- public PlatformTransactionManager dataSourceTransactionManager(DataSource dataSource) {
- return new DataSourceTransactionManager(dataSource);
- }
- // 根据环境选择策略
- @Service
- public class OrderService {
- @Autowired
- private PlatformTransactionManager transactionManager;
- }
焦点实现：
- Filter 链：DispatcherServlet处理哀求的过滤器链（DelegatingFilterProxy）
- 异常处理链：HandlerExceptionResolver处理差别类型异常
哀求处理流程：
3.4 Spring Boot 自动配置中的模式应用
3.4.1 工厂模式（Factory Pattern）
自动配置原理：
- EnableAutoConfiguration通过AutoConfigurationImportSelector加载配置类
- @ConditionalOnMissingBean避免重复创建 Bean
案例：数据库连接池自动配置
- // DataSourceAutoConfiguration
- @Bean
- @ConditionalOnMissingBean
- public DataSource dataSource(DataSourceProperties properties) {
- return properties.initializeDataSourceBuilder().type(this::getDataSourceType).build();
- }
焦点抽象类：
- AbstractApplicationContext：模板方法refresh()定义容器启动流程
- RepositoryRestConfigurer：提供扩展点供用户自定义
容器启动模板：
- public abstract class AbstractApplicationContext extends DefaultResourceLoader
- implements ConfigurableApplicationContext {
- @Override
- public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
- synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
- prepareRefresh();
- ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
- prepareBeanFactory(beanFactory);
- // 模板方法扩展点
- onRefresh();
- }
- }
- protected void onRefresh() { /* 子类实现 */ }
- }
3.5.1 署理模式（Proxy Pattern）
OpenFeign 远程调用：
- 通过动态署理生成 HTTP 客户端
- 整合 Ribbon 负载均衡与 Sentinel 熔断
署理生成逻辑：
- // FeignClientFactoryBean
- public Object getObject() throws Exception {
- return getTarget();
- }
- <T> T getTarget() {
- FeignContext context = applicationContext.getBean(FeignContext.class);
- Feign.Builder builder = feign(context);
- // 生成代理对象
- return (T) builder.target(type, getUrl());
- }
Spring Cloud Gateway：
- 路由过滤器链实现哀求转换（鉴权 / 限流 / 参数校验）
- 支持自定义过滤器顺序（Ordered接口）
配置示例：
- spring:
- cloud:
- gateway:
- routes:
- - id: order-service
- uri: lb://order-service
- predicates:
- - Path=/api/order/**
- filters:
- - name: RequestRateLimiter
- args:
- key-resolver: "#{@ipKeyResolver}"
- - name: HeaderFilter
- args:
- request-headers-to-add:
- - name: X-Request-Id
- value: "#{UUID.randomUUID().toString()}"
4.1 主流框架模式使用频率统计
模式类型Spring FrameworkSpring BootSpring CloudMyBatis工厂模式★★★★☆★★★★★★★★★☆★★★☆☆署理模式★★★★★★★★☆☆★★★★★★★★★☆模板方法★★★☆☆★★★☆☆★★☆☆☆★★★★☆责任链模式★★★☆☆★★☆☆☆★★★★☆★★☆☆☆ 4.2 模式选择决策树（Spring 场景）
4.3 常见误区
- 过度计划：简单场景滥用模式（如单例用于无状态工具类）
- 忽视原则：优先满足模式结构而违反 SOLID 原则
- 脱离场景：不联合业务需求选择模式（如用工厂模式处理简单对象创建）
五、模式应用最佳实践（Spring 场景）
5.1 避免模式误用的三个原则
- 优先原则而非模式：先满足 SOLID 原则，再考虑模式实现
- 联合框架特性：利用 Spring 现有模式扩展点（如@Conditional替换硬编码条件判断）
- 控制复杂度：单个类模式应用不高出 2 种（避免过度计划）
5.2 模式组合使用案例
场景：实现可扩展的日志系统
- 工厂模式：创建差别日志处理器（文件 / 数据库 / 控制台）
- 策略模式：动态切换日志级别（DEBUG/INFO/ERROR）
- 装饰器模式：为日志处理器添加加密 / 压缩功能
实现架构：
- // 工厂创建策略实例
- LoggerFactory.getLogger(Strategy.LOCAL_FILE);
- // 装饰器增强功能
- Logger logger = new EncryptDecorator(new CompressDecorator(logger));
计划模式的焦点不是影象 23 种模板，而是培养 “识别问题→匹配方案→验证原则” 的思维方式：
- 识别重复问题：发当代码中相似的计划痛点（如硬编码策略）
- 匹配成熟方案：从模式库中选择最适合的解决方案（如策略模式替换大量条件判断）
- 验证计划原则：确保实现符合 SOLID 原则（如依赖倒置保证扩展性）
通事后续系列博客，我们将深入每种模式的实现细节，并联合 Spring、微服务等实战场景，演示如何用模式思维解决复杂系统计划问题。
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