设计模式就该这样学 基于经典框架源码和真实业务场景

序　　言

Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software（以下简称《设计模式》），一书由Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson和John Vlissides合著（Addison-Wesley Professional，1994），这四位作者常被称为“四人组（Gang of Four，GoF）”，而这本书也就被称为“四人组（或 GoF）”书。他们首次给我们总结出一套在软件开发中可以反复使用的经验，帮助我们提高代码的可重用性、系统的可维护性等，解决软件开发中的复杂问题。

设计模式已诞生20多年，其间相继出版的关于设计模式的经典著作不计其数。如果说GoF的《设计模式》是设计模式领域的“圣经”，那么之后出版的各种关于设计模式的书籍可称为“圣经”的“批注版”或者“白话版”。本书正是基于GoF的《设计模式》来编写的。

本书可以作为笔者对“圣经”实践的精华总结，是一本真正能够落地的“设计模式”之书，也是目前从框架源码如何落地“设计模式”这个角度来理解设计模式的书。本书会结合JDK、Spring、MyBatis、Tomcat、Netty等经典框架源码展开对设计模式的分析。当然，本书还会结合笔者多年的“踩坑填坑”经验和“教学答疑”经验，用比“圣经”更深刻、更全面、更通俗、更生动、更有趣、更接地气的方式结合真实业务场景分析每种设计模式的优缺点，治愈“设计模式选择困难症”。选设计模式就像相亲选对象，一旦做好了接受他或她的缺点的准备，那么他或她就一定属于你。所以，本书对于日常开发而言更具有指导意义。

书中部分观点若有不妥之处，恳请纠正，共同进步！

《设计模式就该这样学：基于经典框架源码和真实业务场景》从软件架构设计的通用技能UML开始，重点介绍常用的类图和时序图；然后介绍软件架构设计常用的七大原则；接着结合JDK、Spring、MyBatis、Tomcat、Netty等经典框架源码对GoF的23种设计模式展开分析，并结合作者多年“踩坑填坑”和“教学答疑”经验，用深刻、全面、通俗、生动、有趣、接地气的方式结合真实业务场景分析每种设计模式，治愈“设计模式选择困难症”；之后介绍4种常用的新设计模式；*后总结软件架构、设计模式与应用框架之间的区别。

如果你已经有编程经验，那么你一定要学一遍设计模式；如果你是资深工程师或者架构师，那么本书将颠覆你以前的认知；如果你觉得设计模式晦涩难懂，那么本书一定能让你醍醐灌顶；如果你看框架源码总是力不从心，那么本书就是“内功心法”。

谭勇德，笔名Tom，咕泡学院联合创始人。“手写源码学习法”开创者、“Java架构师成长路径”制定人、“程序员职业成长路线图”制定者，Java架构师讲师。著有畅销书《Spring 5核心原理与30个类手写实战》《Netty 4核心原理与手写RPC框架实战》。

10余年Java从业经验，在大型IT公司担任过CTO、系统架构师。精通Java、JS、CSS、AS、PHP等；负责过多个大型分布式系统的微服务架构的技术改造；多年来对主流技术框架有深入研究及独特见解；开发过多套企业内部UI框架和ORM框架；热衷于分享经验，共同进步。

格言：不只做一个技术者，更要做一个思考者。

第1篇  软件设计前奏篇

第1章  重新认识UML· 2

1.1  UML的定义···· 2

1.2  UML应用场景···· 2

1.3  UML基本构件简介···· 3

1.3.1  事物··· 3

1.3.2  关系··· 5

1.3.3  图·· 6

第2章  设计模式常用的UML图··· 7

2.1  类图··· 7

2.1.1  继承关系··· 8

2.1.2  实现关系··· 8

2.1.3  组合关系··· 9

2.1.4  聚合关系··· 10

2.1.5  关联关系··· 11

2.1.6  依赖关系··· 12

2.1.7  类关系记忆技巧··· 14

2.2  时序图··· 15

2.2.1  时序图的作用··· 15

2.2.2  时序图组成元素··· 16

2.2.3  时序图组合片段··· 17

2.2.4  时序图画法及应用实践·· 19

第3章  七大软件架构设计原则··· 22

3.1  开闭原则··· 22

3.1.1  开闭原则的定义··· 22

3.1.2  使用开闭原则解决实际问题··· 23

3.2  依赖倒置原则··· 24

3.2.1  依赖倒置原则的定义··· 24

3.2.2  使用依赖倒置原则解决实际问题··· 25

3.3  单一职责原则··· 28

3.3.1  单一职责原则的定义··· 28

3.3.2  使用单一职责原则解决实际问题··· 28

3.4  接口隔离原则··· 31

3.4.1  接口隔离原则的定义··· 31

3.4.2  使用接口隔离原则解决实际问题··· 31

3.5  迪米特法则··· 33

3.5.1  迪米特法则的定义··· 33

3.5.2  使用迪米特法则解决实际问题··· 33

3.6  里氏替换原则··· 35

3.6.1  里氏替换原则的定义··· 35

3.6.2  使用里氏替换原则解决实际问题··· 36

3.7  合成复用原则··· 40

3.7.1  合成复用原则的定义··· 40

3.7.2  使用合成复用原则解决实际问题··· 40

3.8  软件架构设计原则小结·· 42

第4章  关于设计模式的那些事儿··· 43

4.1  本书与GoF的《设计模式》的关系··· 43

4.2  为什么一定要学习设计模式··· 45

4.2.1  写出优雅的代码··· 45

4.2.2  更好地重构项目··· 47

4.2.3  经典框架都在用设计模式解决问题·· 58

第2篇  创建型设计模式

第5章  简单工厂模式··· 60

5.1  工厂模式的历史由来··· 60

5.2  简单工厂模式概述··· 61

5.2.1  简单工厂模式的定义··· 61

5.2.2  简单工厂模式的应用场景··· 61

5.2.3  简单工厂模式的UML类图··· 61

5.2.4  简单工厂模式的通用写法··· 62

5.3  使用简单工厂模式封装产品创建细节··· 63

5.4  简单工厂模式在框架源码中的应用··· 66

5.4.1  简单工厂模式在JDK源码中的应用··· 66

5.4.2  简单工厂模式在Logback源码中的应用··· 67

5.5  简单工厂模式扩展··· 67

5.5.1  简单工厂模式的优点··· 67

5.5.2  简单工厂模式的缺点·· 67

第6章  工厂方法模式··· 68

6.1  工厂方法模式概述··· 68

6.1.1  工厂方法模式的定义··· 68

6.1.2  工厂方法模式的应用场景··· 69

6.1.3  工厂方法模式的UML类图··· 69

6.1.4  工厂方法模式的通用写法··· 70

6.2  使用工厂方法模式实现产品扩展··· 71

6.3  工厂方法模式在Logback源码中的应用··· 72

6.4  工厂方法模式扩展··· 73

6.4.1  工厂方法模式的优点··· 73

6.4.2  工厂方法模式的缺点·· 73

第7章  抽象工厂模式··· 74

7.1  抽象工厂模式概述··· 74

7.1.1  抽象工厂模式的定义··· 74

7.1.2  关于产品等级结构和产品族··· 75

7.1.3  抽象工厂模式的应用场景··· 76

7.1.4  抽象工厂模式的UML类图··· 76

7.1.5  抽象工厂模式的通用写法··· 76

7.2  使用抽象工厂模式解决实际问题··· 78

7.2.1  使用抽象工厂模式支持产品扩展··· 78

7.2.2  使用抽象工厂模式重构数据库连接池··· 81

7.3  抽象工厂模式在Spring源码中的应用··· 88

7.4  抽象工厂模式扩展··· 89

7.4.1  抽象工厂模式的优点··· 89

7.4.2  抽象工厂模式的缺点·· 90

第8章  单例模式··· 91

8.1  单例模式概述··· 91

8.1.1  单例模式的定义··· 91

8.1.2  单例模式的应用场景··· 91

8.1.3  单例模式的UML类图··· 92

8.1.4  单例模式的通用写法··· 92

8.2  使用单例模式解决实际问题··· 93

8.2.1  饿汉式单例写法的弊端··· 93

8.2.2  还原线程破坏单例的事故现场··· 93

8.2.3  双重检查锁单例写法闪亮登场··· 97

8.2.4  看似完美的静态内部类单例写法··· 100

8.2.5  还原反射破坏单例模式的事故现场··· 101

8.2.6  更加优雅的枚举式单例写法问世··· 103

8.2.7  还原反序列化破坏单例模式的事故现场··· 108

8.2.8  使用容器式单例写法解决大规模生产单例的问题··· 114

8.2.9  ThreadLocal单例详解··· 115

8.3  单例模式在框架源码中的应用··· 116

8.3.1  单例模式在JDK源码中的应用··· 116

8.3.2  单例模式在Spring源码中的应用··· 117

8.4  单例模式扩展··· 121

8.4.1  单例模式的优点··· 121

8.4.2  单例模式的缺点·· 121

第9章  原型模式··· 122

9.1  原型模式概述··· 122

9.1.1  原型模式的定义··· 122

9.1.2  原型模式的应用场景··· 123

9.1.3  原型模式的UML类图··· 124

9.1.4  原型模式的通用写法··· 124

9.2  使用原型模式解决实际问题··· 126

9.2.1  分析JDK浅克隆API带来的问题··· 126

9.2.2  使用序列化实现深克隆··· 129

9.2.3  还原克隆破坏单例的事故现场··· 131

9.3  原型模式在框架源码中的应用··· 132

9.3.1  原型模式在JDK源码中的应用··· 132

9.3.2  原型模式在Spring源码中的应用··· 133

9.4  原型模式扩展··· 134

9.4.1  原型模式的优点··· 134

9.4.2  原型模式的缺点·· 134

第10章  建造者模式··· 135

10.1  建造者模式概述··· 135

10.1.1  建造者模式的定义··· 135

10.1.2  建造者模式的应用场景··· 136

10.1.3  建造者模式的UML类图··· 136

10.1.4  建造者模式的通用写法··· 137

10.2  使用建造者模式解决实际问题··· 138

10.2.1  建造者模式的链式写法··· 138

10.2.2  使用静态内部类实现建造者模式··· 140

10.2.3