行为型设计模式2

文章目录

职责链模式👍

1、定义与核心思想

（1）定义

• 职责链模式（Chain of Responsibility Pattern）是一种行为型设计模式，其核心思想是将多个处理对象连成一条链，请求沿着链传递，直到被某个对象处理。该模式通过解耦请求发送者与接收者，实现动态灵活的处理流程。

（2）核心价值

• 降低耦合性：发送者无需知道具体处理者。
• 灵活扩展：可动态调整处理链的顺序或新增节点。
• 责任分离：每个处理者专注单一职责，符合单一职责原则。

2、模式结构与角色

（1）抽象处理者（Handler）

• 定义处理请求的接口，维护后继节点的引用
• 作用：统一处理逻辑，定义链式结构

public abstract class Handler 
{protected Handler successor;public void SetSuccessor(Handler successor) {this.successor = successor;}public abstract void HandleRequest(int request);
}

（2）具体处理者（ConcreteHandler）

• 实现具体的处理逻辑，若无法处理则转发请求
• 关键点：通过条件判断决定是否处理请求

public class ConcreteHandlerA : Handler 
{public override void HandleRequest(int request) {if (request <= 1000) {Console.WriteLine("HandlerA处理请求：" + request);} else if (successor != null) {successor.HandleRequest(request); // 传递给下个节点}}
}public class ConcreteHandlerB : Handler 
{public override void HandleRequest(int request) {if (request > 1000 && request <= 5000) {Console.WriteLine("HandlerB处理请求：" + request);} else {successor?.HandleRequest(request);}}
}

（3）客户端（Client）

• 构建处理链并触发请求：

public class Client 
{public static void Main() {Handler handlerA = new ConcreteHandlerA();Handler handlerB = new ConcreteHandlerB();Handler handlerC = new ConcreteHandlerC();handlerA.SetSuccessor(handlerB);handlerB.SetSuccessor(handlerC);// 触发请求int[] requests = { 500, 2500, 8000 };foreach (var request in requests) {handlerA.HandleRequest(request);}}
}

• 输出示例：

HandlerA处理请求：500
HandlerB处理请求：2500
HandlerC处理请求：8000

• 作用：通过链式调用实现请求的动态分发。

3、应用场景与案例

（1）多级审批系统

• 场景：采购审批流程（部门经理→财务总监→CEO）
• 优势：灵活应对审批规则变化，如新增“董事会审批”节点

public class PurchaseRequest 
{public decimal Amount { get; set; }
}public abstract class Approver 
{protected Approver NextApprover;public void SetNextApprover(Approver next) => NextApprover = next;public abstract void ProcessRequest(PurchaseRequest request);
}public class Manager : Approver 
{public override void ProcessRequest(PurchaseRequest request) {if (request.Amount <= 10000) {Console.WriteLine("部门经理审批通过");} else {NextApprover?.ProcessRequest(request);}}
}public class CFO : Approver 
{public override void ProcessRequest(PurchaseRequest request) {if (request.Amount <= 50000) {Console.WriteLine("财务总监审批通过");} else {NextApprover?.ProcessRequest(request);}}
}

（2）敏感词过滤系统

• 场景：依次检查涉黄、广告、政治敏感词
• 扩展性：可动态添加新的过滤规则

public class ContentFilter 
{public string Text { get; set; }
}public abstract class FilterHandler 
{protected FilterHandler NextFilter;public void SetNextFilter(FilterHandler next) => NextFilter = next;public abstract bool Filter(ContentFilter content);
}public class SexyWordFilter : FilterHandler 
{public override bool Filter(ContentFilter content) {if (content.Text.Contains("敏感词1")) {Console.WriteLine("存在涉黄内容");return false;}return NextFilter?.Filter(content) ?? true;}
}public class AdsFilter : FilterHandler 
{public override bool Filter(ContentFilter content) {if (content.Text.Contains("广告链接")) {Console.WriteLine("存在广告内容");return false;}return NextFilter?.Filter(content) ?? true;}
}

4、扩展与优化

（1）动态构建链

• 通过配置文件或依赖注入动态组装链
• 优势：无需修改代码即可调整处理顺序

var chain = Configuration.GetSection("Handlers").Get<List<string>>();
Handler root = null;
Handler current = null;
foreach (var handlerName in chain) 
{var handler = Activator.CreateInstance(Type.GetType(handlerName)) as Handler;if (root == null) root = handler;else current.SetSuccessor(handler);current = handler;
}

（2）中断链传递

• 若某个处理者完成请求，可终止传递
• 应用场景：快速失败（Fast-Fail）机制

public override void HandleRequest(int request) 
{if (CanHandle(request)) {// 处理逻辑return; // 中断传递}successor?.HandleRequest(request);
}

（3）责任链与中间件

• ASP.NET Core中间件管道是责任链模式的典型应用
• 对比：中间件模式强调“请求-响应”双向处理

public class LoggingMiddleware 
{private readonly RequestDelegate _next;public LoggingMiddleware(RequestDelegate next) => _next = next;public async Task InvokeAsync(HttpContext context) {Console.WriteLine("请求开始");await _next(context);Console.WriteLine("请求结束");}
}

4、优缺点分析

（1）优点

• 解耦请求与处理：发送者无需关注处理细节。
• 动态配置链结构：支持运行时增减节点。
• 增强代码复用性：每个处理者独立封装逻辑。

（2）缺点

• 链过长导致性能问题：请求可能遍历整个链。
• 请求可能未被处理：需设计兜底逻辑。
• 调试困难：逻辑分散在多个处理者中。

模板方法模式👍

1、定义与核心思想

（1）定义

• 模板方法模式（Template Method Pattern）是一种行为型设计模式，其核心思想是定义一个操作中的算法骨架，将某些步骤的具体实现延迟到子类中，使得子类在不改变算法结构的前提下，可以重写算法的某些特定步骤。
• 该模式通过继承实现代码复用，适用于算法步骤稳定但部分细节可变的场景。

（2）核心原则

• 算法框架稳定：父类定义算法的整体流程（如流程步骤的调用顺序）。
• 可变细节延迟到子类：子类负责实现特定步骤的细节。

（3）模式与角色

• 抽象类（Abstract Class）：定义算法的骨架和基本操作（包含具体方法、抽象方法和模板方法）。
• 具体子类（Concrete Class）：实现父类中定义的抽象方法，提供特定步骤的实现。

（4）应用场景

• 流程审批系统：如请假流程（提交申请→领导审批→HR通知），不同公司的审批步骤可自定义。
• 日志记录器：记录日志的通用流程（打开连接→写入日志→关闭连接），支持多种存储方式（文件、数据库、邮件）。
• 数据解析工具：如处理不同格式文件（PDF、DOC、CSV），固定解析步骤（读取→清洗→转换），具体实现由子类完成。

2、C#代码实现

（1）定义抽象类

// 抽象试卷模板类
public abstract class ExamPaperTemplate
{// 模板方法：定义答题流程public void AnswerQuestions(){Question1();Console.WriteLine($"答案：{Answer1()}");Question2();Console.WriteLine($"答案：{Answer2()}");}// 固定步骤（具体方法）private void Question1(){Console.WriteLine("问题1：1+1=？");}private void Question2(){Console.WriteLine("问题2：2+2=？");}// 抽象步骤（由子类实现）public abstract string Answer1();public abstract string Answer2();
}

（2）实现具体子类

// 学生A的答卷
public class StudentAPaper : ExamPaperTemplate
{public override string Answer1() => "2";public override string Answer2() => "4";
}// 学生B的答卷
public class StudentBPaper : ExamPaperTemplate
{public override string Answer1() => "3"; // 错误答案示例public override string Answer2() => "4";
}

（3）客户端调用

class Program
{static void Main(){ExamPaperTemplate studentA = new StudentAPaper();studentA.AnswerQuestions();ExamPaperTemplate studentB = new StudentBPaper();studentB.AnswerQuestions();}
}

• 输出结果：

问题1：1+1=？
答案：2
问题2：2+2=？
答案：4问题1：1+1=？
答案：3
问题2：2+2=？
答案：4

（4）关键代码解析

• 模板方法：AnswerQuestions() 方法定义了答题流程的固定步骤（问题展示和答案输出）。
• 抽象方法：Answer1() 和 Answer2() 由子类实现，提供可变逻辑。
• 具体方法：Question1() 和 Question2() 是父类中已实现的固定步骤。

（5）实际案例扩展

• 案例：多平台支付流程

public abstract class PaymentProcessor
{public void ProcessPayment(){ValidateRequest();ExecutePayment();SendNotification();}protected abstract void ExecutePayment();private void ValidateRequest() => Console.WriteLine("验证支付请求...");private void SendNotification() => Console.WriteLine("发送支付成功通知...");
}public class AliPayProcessor : PaymentProcessor
{protected override void ExecutePayment() => Console.WriteLine("调用支付宝API完成支付");
}public class WeChatPayProcessor : PaymentProcessor
{protected override void ExecutePayment() => Console.WriteLine("调用微信支付API完成支付");
}

3、高级技巧

（1）钩子方法

• 钩子方法是模板方法模式中的可选步骤，子类可选择性覆盖以微调算法流程。例如：

public abstract class ReportGenerator
{public void GenerateReport(){FetchData();if (NeedFormatting()) FormatData();SaveToFile();}protected virtual bool NeedFormatting() => true; // 钩子方法protected abstract void FetchData();protected virtual void FormatData() => Console.WriteLine("默认数据格式化");protected abstract void SaveToFile();
}

（2）与策略模式结合

• 当需要动态切换算法步骤时，可结合策略模式，通过依赖注入实现步骤的灵活替换。

3、优缺点分析

（1）优点

• 代码复用性高：公共代码集中在父类，减少重复。
• 扩展性强：新增子类不影响现有代码，符合开闭原则。
• 流程控制统一：算法骨架由父类定义，避免子类随意修改流程。

（2）缺点

• 类膨胀问题：每个子类需单独实现抽象方法，可能导致类数量过多。
• 继承限制：C#不支持多重继承，若子类需复用其他类功能时受限。

（3）对比其他模式

模式	核心区别
工厂方法模式	关注对象创建，而模板方法关注算法流程。
策略模式	通过组合实现算法替换，模板方法通过继承实现步骤扩展。

迭代器模式👍

1、定义与核心思想

（1）定义

• 迭代器模式（Iterator Pattern）是一种行为型设计模式，其核心目标是为聚合对象（如集合、列表等）提供一种统一的遍历方式，而无需暴露其内部结构。
• 通过将遍历逻辑抽象为独立的迭代器对象，实现了数据访问与存储的解耦。

（2）结构与角色

• 抽象迭代器（Iterator）：定义遍历元素的接口（如MoveNext()、Current）。
• 具体迭代器（ConcreteIterator）：实现抽象迭代器的逻辑，管理遍历状态（如光标位置）。
• 抽象聚合（Aggregate）：定义创建迭代器的接口（如GetEnumerator()）。
• 具体聚合（ConcreteAggregate）：实现聚合对象的具体数据结构（如数组、链表）。

（3）应用场景

• 集合遍历
  • 统一遍历接口：无论集合内部是数组、链表还是树，客户端均可通过foreach统一处理。
  • 延迟执行（Lazy Evaluation）：如LINQ查询通过迭代器延迟执行，仅在遍历时计算结果。
• 复合数据结构遍历
  • 嵌套结构：例如遍历树形结构时，可通过迭代器实现深度优先或广度优先搜索。
• 数据流处理
  • 分页加载：从数据库或网络流中分批读取数据，避免一次性加载内存溢出。

2、C#代码实现

（1）基于标准接口的实现

• C#通过IEnumerable和IEnumerator接口原生支持迭代器模式：
  • IEnumerable：定义获取迭代器的方法GetEnumerator()。
  • IEnumerator：定义遍历逻辑，包含MoveNext()、Current和Reset()方法。
• 此方式需要手动管理状态，适用于需要高度定制化遍历逻辑的场景

public class CustomList : IEnumerable, IEnumerator {private int[] _items = { 1, 2, 3 };private int _position = -1;public IEnumerator GetEnumerator() {Reset();return this;}public bool MoveNext() => ++_position < _items.Length;public object Current => _items[_position];public void Reset() => _position = -1;
}

（2）使用yield关键字简化实现

• C#通过yield return自动生成状态机，隐藏了迭代器的复杂性
• 编译器会生成一个嵌套类，管理Current、MoveNext()和状态机，适用于快速实现迭代逻辑。

public IEnumerable<char> GetAlphabet() {for (char c = 'A'; c <= 'Z'; c++) {yield return c; // 自动保存当前状态并返回元素}
}

• 这种方式在内存效率和代码简洁性上优于手动实现

public IEnumerator GetEnumerator() {for (int i = 0; i < 26; i++) {yield return (char)('A' + i); // 动态生成字符序列}
}

（3）泛型迭代器

• 通过IEnumerable<T>和IEnumerator<T>支持类型安全遍历
• 泛型迭代器避免了装箱/拆箱开销，提高了性能

public class GenericList<T> : IEnumerable<T> {private T[] _items;public IEnumerator<T> GetEnumerator() {foreach (T item in _items) {yield return item;}}IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => GetEnumerator();
}

3、扩展与进阶

（1）与设计模式的结合

• 组合模式：迭代器可用于遍历树形结构的组合对象。
• 工厂方法模式：聚合类通过工厂方法创建特定类型的迭代器。

（2）异步迭代器

• C# 8.0+支持await foreach异步遍历
• 适用于IO密集型操作（如网络请求）

public async IAsyncEnumerable<int> FetchDataAsync() {while (hasMoreData) {var data = await FetchNextPageAsync();foreach (var item in data) {yield return item;}}
}

（3）自定义迭代策略

• 通过扩展方法增强迭代功能
• 此方法可实现链式查询，类似LINQ

public static IEnumerable<T> Filter<T>(this IEnumerable<T> source, Func<T, bool> predicate) {foreach (T item in source) {if (predicate(item)) yield return item;}
}

3、优缺点分析

（1）优点

• 解耦遍历与存储：聚合类只需关注数据存储，遍历逻辑由迭代器独立管理。
• 支持多种遍历方式：同一集合可提供正向、反向或过滤后的迭代器。
• 开闭原则：新增迭代器无需修改聚合类代码。

（2）缺点

• 性能开销：yield生成的状态机可能带来轻微性能损耗，高频场景需谨慎。
• 复杂性增加：手动实现迭代器需维护状态，代码量较大。

中介者模式

1、定义与核心思想

（1）定义

• 中介者模式（Mediator Pattern）是一种行为型设计模式，通过引入中介者对象来封装多个对象间的交互，从而将原本复杂的网状通信结构转换为星型结构，降低对象间的直接耦合。

（2）结构与角色

• 抽象中介者（Mediator）：定义通信接口，协调各对象交互。
• 具体中介者（ConcreteMediator）：实现接口，持有所有同事对象引用，处理具体逻辑。
• 抽象同事类（Colleague）：定义与中介者通信的接口。
• 具体同事类（ConcreteColleague）：与其他同事通过中介者通信，而非直接引用。

（3）应用场景

• UI控件交互：如表单字段联动（如登录界面中单选按钮、输入框的联动）。
• 分布式系统协调：如订单系统中库存、支付、物流模块的协同。
• 游戏开发：管理玩家、NPC、场景间的通信。

2、C#代码实现

（1）典型实现

• 中介者（ChatRoom）负责注册用户并转发消息。
• 同事类（ChatUser）仅依赖中介者，无需直接引用其他用户

// 1. 定义中介者接口
public interface IChatMediator
{void RegisterUser(User user);void SendMessage(string message, User sender);
}// 2. 具体中介者：管理用户及消息分发
public class ChatRoom : IChatMediator
{private List<User> _users = new List<User>();public void RegisterUser(User user){_users.Add(user);user.Mediator = this;}public void SendMessage(string message, User sender){foreach (var user in _users.Where(u => u != sender)){user.Receive(message);}}
}// 3. 抽象同事类
public abstract class User
{public string Name { get; }public IChatMediator Mediator { get; set; }protected User(string name) => Name = name;public abstract void Send(string message);public abstract void Receive(string message);
}// 4. 具体同事类
public class ChatUser : User
{public ChatUser(string name) : base(name) { }public override void Send(string message){Console.WriteLine($"{Name}发送消息：{message}");Mediator.SendMessage(message, this);}public override void Receive(string message){Console.WriteLine($"{Name}收到消息：{message}");}
}// 客户端调用
var mediator = new ChatRoom();
var user1 = new ChatUser("Alice");
var user2 = new ChatUser("Bob");
mediator.RegisterUser(user1);
mediator.RegisterUser(user2);
user1.Send("Hello, Bob!");

（2）扩展实现：事件驱动中介者

• 结合C#的事件机制，实现松耦合交互
• 优势：进一步解耦中介者与同事类，适用于异步通信场景

// 定义事件参数
public class MessageEventArgs : EventArgs
{public string Message { get; }public User Sender { get; }public MessageEventArgs(string message, User sender)=> (Message, Sender) = (message, sender);
}// 中介者通过事件通知
public class EventMediator
{public event EventHandler<MessageEventArgs> MessageReceived;public void Broadcast(string message, User sender)=> MessageReceived?.Invoke(this, new MessageEventArgs(message, sender));
}// 同事类订阅事件
public class EventUser
{public EventMediator Mediator { get; }public EventUser(EventMediator mediator){Mediator = mediator;Mediator.MessageReceived += OnMessageReceived;}private void OnMessageReceived(object sender, MessageEventArgs e){if (e.Sender != this)Console.WriteLine($"收到消息：{e.Message}");}public void Send(string message)=> Mediator.Broadcast(message, this);
}

（3）实战案例：电商订单系统

• 需求：订单创建需协调库存锁定、支付处理、物流调度。
• 优势：交互逻辑集中管理，新增模块时只需修改中介者

public interface IOrderMediator
{void LockStock();void ProcessPayment();void ScheduleDelivery();void Rollback();
}public class OrderSystem : IOrderMediator
{private InventoryService _inventory;private PaymentService _payment;private LogisticsService _logistics;public void CreateOrder(){try{LockStock();ProcessPayment();ScheduleDelivery();}catch{Rollback();}}public void LockStock() => _inventory.Lock();public void ProcessPayment() => _payment.Charge();public void ScheduleDelivery() => _logistics.Schedule();public void Rollback(){_inventory.Release();_payment.Refund();}
}

（4）最佳实践

• 适用条件：对象间存在复杂网状依赖，且交互频繁变化的场景。
• 设计原则：
  • 单一职责：中介者仅处理交互逻辑，同事类专注自身行为。
  • 开闭原则：通过扩展中介者而非修改现有代码实现新功能。
• 性能优化：对于高频交互场景，可结合异步消息队列或缓存机制。

3、优缺点分析

（1）优点

• 降低耦合：对象间依赖关系从多对多变为一对多，符合迪米特法则。
• 集中控制：交互逻辑统一管理，便于维护和扩展。
• 职责清晰：同事类仅关注自身业务，交互职责转移至中介者。

（2）缺点

• 中介者复杂度高：若交互逻辑复杂，中介者可能成为“上帝对象”。
• 性能损耗：集中转发可能导致额外开销。

（3）对比其他模式

模式	核心差异
观察者模式	处理一对多依赖，观察者被动接收通知；中介者模式处理多对多交互。
门面模式	封装子系统对外接口（单向）；中介者协调内部对象（双向）。
代理模式	控制单个对象访问；中介者管理多个对象交互。