行为型模式
一、模板方法模式
定义：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。它是一种类行为型模式。
优点
- 它封装了不变部分，扩展可变部分。它把认为是不变部分的算法封装到父类中实现，而把可变部分算法由子类继承实现，便于子类继续扩展。
- 它在父类中提取了公共的部分代码，便于代码复用。
- 部分方法是由子类实现的，因此子类可以通过扩展方式增加相应的功能，符合开闭原则。
缺点
- 对每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象，间接地增加了系统实现的复杂度。
- 父类中的抽象方法由子类实现，子类执行的结果会影响父类的结果，这导致一种反向的控制结构，它提高了代码阅读的难度。
- 由于继承关系自身的缺点，如果父类添加新的抽象方法，则所有子类都要改一遍。
二、策略模式
定义：该模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换，且算法的变化不会影响使用算法的客户。策略模式属于对象行为模式，它通过对算法进行封装，把使用算法的责任和算法的实现分割开来，并委派给不同的对象对这些算法进行管理。
优点
- 多重条件语句不易维护，而使用策略模式可以避免使用多重条件语句，如 if...else 语句、switch...case 语句。
- 策略模式提供了一系列的可供重用的算法族，恰当使用继承可以把算法族的公共代码转移到父类里面，从而避免重复的代码。
- 策略模式可以提供相同行为的不同实现，客户可以根据不同时间或空间要求选择不同的。
- 策略模式提供了对开闭原则的完美支持，可以在不修改原代码的情况下，灵活增加新算法。
- 策略模式把算法的使用放到环境类中，而算法的实现移到具体策略类中，实现了二者的分离。
缺点
- 客户端必须理解所有策略算法的区别，以便适时选择恰当的算法类。
- 策略模式造成很多的策略类，增加维护难度。
角色：策略接口（Strategy）、具体策略、环境对象
三、命令模式
定义：将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通，这样方便将命令对象进行储存、传递、调用、增加与管理。
命令模式的主要优点如下。
- 通过引入中间件（抽象接口）降低系统的耦合度。
- 扩展性良好，增加或删除命令非常方便。采用命令模式增加与删除命令不会影响其他类，且满足“开闭原则”。
- 可以实现宏命令。命令模式可以与组合模式结合，将多个命令装配成一个组合命令，即宏命令。
- 方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与后面介绍的备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。
- 可以在现有命令的基础上，增加额外功能。比如日志记录，结合装饰器模式会更加灵活。
其缺点是：
- 可能产生大量具体的命令类。因为每一个具体操作都需要设计一个具体命令类，这会增加系统的复杂性。
- 命令模式的结果其实就是接收方的执行结果，但是为了以命令的形式进行架构、解耦请求与实现，引入了额外类型结构（引入了请求方与抽象命令接口），增加了理解上的困难。不过这也是设计模式的通病，抽象必然会额外增加类的数量，代码抽离肯定比代码聚合更加难理解。
角色：客户端（Client）、命令调用者（Invoker）、命令接口（Command）、具体命令（ConcreteCommand）、命令接收者（Receiver）
四、中介者模式
定义：：定义一个中介对象来封装一系列对象之间的交互，使原有对象之间的耦合松散，且可以独立地改变它们之间的交互。中介者模式又叫调停模式，它是迪米特法则的典型应用。
中介者模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。
- 类之间各司其职，符合迪米特法则。
- 降低了对象之间的耦合性，使得对象易于独立地被复用。
- 将对象间的一对多关联转变为一对一的关联，提高系统的灵活性，使得系统易于维护和扩展。
其主要缺点是：中介者模式将原本多个对象直接的相互依赖变成了中介者和多个同事类的依赖关系。当同事类越多时，中介者就会越臃肿，变得复杂且难以维护。
角色：中介者接口（Mediator）、具体中介者、同事者接口（Colleague），具体同事者。
五、观察者
定义：指多个对象间存在一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。这种模式有时又称作发布-订阅模式、模型-视图模式，它是对象行为型模式。
观察者模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。
- 降低了目标与观察者之间的耦合关系，两者之间是抽象耦合关系。符合依赖倒置原则。
- 目标与观察者之间建立了一套触发机制。
它的主要缺点如下。
- 目标与观察者之间的依赖关系并没有完全解除，而且有可能出现循环引用。
- 当观察者对象很多时，通知的发布会花费很多时间，影响程序的效率。
角色：发布者接口（Subject）、具体发布者、监听者接口（Observer）、具体监听者。
六、迭代器模式
定义：提供一个对象来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。迭代器模式是一种对象行为型模式，
其主要优点如下。
- 访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
- 遍历任务交由迭代器完成，这简化了聚合类。
- 它支持以不同方式遍历一个聚合，甚至可以自定义迭代器的子类以支持新的遍历。
- 增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码。
- 封装性良好，为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。
其主要缺点是：增加了类的个数，这在一定程度上增加了系统的复杂性。
角色：迭代器、集合
适用：1.需要访问组合对象的内容，而又不暴露其内部表示。2.需要通过多种方式遍历组合对象3.需要提供一个统一的接口，用来遍历各种类型组合对象。
七、访问者模式
定义：将作用于某种数据结构中的各元素的操作分离出来封装成独立的类，使其在不改变数据结构的前提下可以添加作用于这些元素的新的操作，为数据结构中的每个元素提供多种访问方式。它将对数据的操作与数据结构进行分离，是行为类模式中最复杂的一种模式。
访问者（Visitor）模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。
- 扩展性好。能够在不修改对象结构中的元素的情况下，为对象结构中的元素添加新的功能。
- 复用性好。可以通过访问者来定义整个对象结构通用的功能，从而提高系统的复用程度。
- 灵活性好。访问者模式将数据结构与作用于结构上的操作解耦，使得操作集合可相对自由地演化而不影响系统的数据结构。
- 符合单一职责原则。访问者模式把相关的行为封装在一起，构成一个访问者，使每一个访问者的功能都比较单一。
访问者（Visitor）模式的主要缺点如下。
- 增加新的元素类很困难。在访问者模式中，每增加一个新的元素类，都要在每一个具体访问者类中增加相应的具体操作，这违背了“开闭原则”。
- 破坏封装。访问者模式中具体元素对访问者公布细节，这破坏了对象的封装性。
- 违反了依赖倒置原则。访问者模式依赖了具体类，而没有依赖抽象类。
八、责任链模式
定义：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者与接受者之间的耦合关系。将这个对象连成一条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。
其主要优点如下。
- 降低了对象之间的耦合度。该模式使得一个对象无须知道到底是哪一个对象处理其请求以及链的结构，发送者和接收者也无须拥有对方的明确信息。
- 增强了系统的可扩展性。可以根据需要增加新的请求处理类，满足开闭原则。
- 增强了给对象指派职责的灵活性。当工作流程发生变化，可以动态地改变链内的成员或者调动它们的次序，也可动态地新增或者删除责任。
- 责任链简化了对象之间的连接。每个对象只需保持一个指向其后继者的引用，不需保持其他所有处理者的引用，这避免了使用众多的 if 或者 if···else 语句。
- 责任分担。每个类只需要处理自己该处理的工作，不该处理的传递给下一个对象完成，明确各类的责任范围，符合类的单一职责原则。
其主要缺点如下。
- 不能保证每个请求一定被处理。由于一个请求没有明确的接收者，所以不能保证它一定会被处理，该请求可能一直传到链的末端都得不到处理。
- 对比较长的职责链，请求的处理可能涉及多个处理对象，系统性能将受到一定影响。
- 职责链建立的合理性要靠客户端来保证，增加了客户端的复杂性，可能会由于职责链的错误设置而导致系统出错，如可能会造成循环调用
九、备忘录模式
定义：在不破坏封装的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。、
其主要优点如下。
- 提供了一种可以恢复状态的机制。当用户需要时能够比较方便地将数据恢复到某个历史的状态。
- 实现了内部状态的封装。除了创建它的发起人之外，其他对象都不能够访问这些状态信息。
- 简化了发起人类。发起人不需要管理和保存其内部状态的各个备份，所有状态信息都保存在备忘录中，并由管理者进行管理，这符合单一职责原则。
其主要缺点是：资源消耗大。如果要保存的内部状态信息过多或者特别频繁，将会占用比较大的内存资源。
角色：有三个角色：发起人（Originatior）、备忘录（Memento）、看管人（Caretaker）。
十、状态模式
定义：允许一个对象在其内部状态改变时改变他的行为。对象看起来似乎改变了它的类。
主要优点如下。
- 结构清晰，状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
- 将状态转换显示化，减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，且减少对象间的相互依赖。
- 状态类职责明确，有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。
状态模式的主要缺点如下。
- 状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
- 状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
- 状态模式对开闭原则的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需要修改对应类的源码。
角色：有2个角色：环境（context）、状态（state）
十一、解释器模式
定义：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。
解释器模式是一种类行为型模式，其主要优点如下。
- 扩展性好。由于在解释器模式中使用类来表示语言的文法规则，因此可以通过继承等机制来改变或扩展文法。
- 容易实现。在语法树中的每个表达式节点类都是相似的，所以实现其文法较为容易。
解释器模式的主要缺点如下。
- 执行效率较低。解释器模式中通常使用大量的循环和递归调用，当要解释的句子较复杂时，其运行速度很慢，且代码的调试过程也比较麻烦。
- 会引起类膨胀。解释器模式中的每条规则至少需要定义一个类，当包含的文法规则很多时，类的个数将急剧增加，导致系统难以管理与维护。
- 可应用的场景比较少。在软件开发中，需要定义语言文法的应用实例非常少，所以这种模式很少被使用到。
- 角色：环境（context）、解释器
