計(jì)算機(jī)學(xué)院教案課程名稱：設(shè)計(jì)模式開課部門：計(jì)算機(jī)學(xué)院開課學(xué)期：2024--2025學(xué)年第二學(xué)期授課班級(jí)：23級(jí)軟件工程班任課教師：XXX教師職稱：副教授使用教材：教材主編出版社

課程導(dǎo)論與設(shè)計(jì)基石教案設(shè)計(jì)題目：課程導(dǎo)論與設(shè)計(jì)基石（設(shè)計(jì)模式概念與意義，面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則SOLID，UML類圖與序列圖回顧）授課時(shí)長(zhǎng)：4學(xué)時(shí)（180分鐘）授課班級(jí)：23級(jí)軟件工程班主講教師：XXX學(xué)情分析1.知識(shí)基礎(chǔ)：23級(jí)軟件工程專業(yè)大二下學(xué)期學(xué)生已修完《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》（掌握類、繼承、多態(tài)等概念）、《UML與軟件建?！罚私釻ML類圖、用例圖基礎(chǔ)）、《軟件工程導(dǎo)論》（熟悉軟件設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)），具備理解設(shè)計(jì)模式與原則的前置知識(shí)；

2.能力特點(diǎn)：能編寫基礎(chǔ)面向?qū)ο蟠a，但對(duì)“為何需要設(shè)計(jì)模式”“如何判斷設(shè)計(jì)優(yōu)劣”缺乏系統(tǒng)認(rèn)知；能繪制簡(jiǎn)單UML圖，但對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景（如多類協(xié)作）的圖表表達(dá)不夠熟練；

3.學(xué)習(xí)需求：處于從“編程實(shí)現(xiàn)”向“設(shè)計(jì)優(yōu)化”過(guò)渡的關(guān)鍵階段，亟需建立“設(shè)計(jì)思維”，掌握分析設(shè)計(jì)問(wèn)題、選擇解決方案的方法；

4.潛在難點(diǎn)：可能因SOLID原則的抽象性產(chǎn)生理解障礙，或因UML圖與設(shè)計(jì)模式的關(guān)聯(lián)不清晰導(dǎo)致應(yīng)用困難，需通過(guò)具體案例降低抽象度。教學(xué)目標(biāo)掌握

?設(shè)計(jì)模式的定義、GoF分類（創(chuàng)建型/結(jié)構(gòu)型/行為型）及核心意義（復(fù)用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性）；

?SOLID五大原則的具體內(nèi)涵（單一職責(zé)、開放封閉、里氏替換、接口隔離、依賴倒置）；

?UML類圖中類/接口的表示方法及繼承、關(guān)聯(lián)、聚合、組合、依賴關(guān)系的符號(hào)；UML序列圖中對(duì)象、生命線、消息（同步/異步/返回）的繪制規(guī)范。

熟悉

?設(shè)計(jì)模式與SOLID原則的協(xié)同關(guān)系（如開放封閉原則是多數(shù)模式的設(shè)計(jì)指導(dǎo)）；

?通過(guò)代碼案例判斷是否違反SOLID原則（如“用戶管理類”同時(shí)包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與界面展示方法違反單一職責(zé)）；

?結(jié)合簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)場(chǎng)景（如工廠模式）繪制UML類圖與序列圖。

了解

?設(shè)計(jì)模式的歷史背景（GoF《設(shè)計(jì)模式》的出版意義）；

?設(shè)計(jì)模式在開源框架中的應(yīng)用實(shí)例（如JDK迭代器模式、Spring依賴注入）。教學(xué)重點(diǎn)1.設(shè)計(jì)模式的核心概念（定義、分類、意義）；

2.SOLID原則的具體內(nèi)容及應(yīng)用場(chǎng)景（如單一職責(zé)原則指導(dǎo)類的拆分）；

3.UML類圖（關(guān)系類型）與序列圖（消息類型）的規(guī)范繪制。教學(xué)難點(diǎn)1.SOLID原則的抽象性與實(shí)際代碼應(yīng)用的對(duì)應(yīng)關(guān)系，學(xué)生難以在具體代碼中準(zhǔn)確判斷是否違反原則；

2.UML類圖/序列圖與設(shè)計(jì)模式結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系，尤其是復(fù)雜模式中多類協(xié)作的動(dòng)態(tài)行為表示；

3.設(shè)計(jì)模式“解決什么問(wèn)題”的意義理解，易停留在概念層面而缺乏實(shí)際場(chǎng)景關(guān)聯(lián)。教學(xué)方法1.講授法：通過(guò)PPT動(dòng)態(tài)演示設(shè)計(jì)模式概念、SOLID原則定義及UML圖規(guī)范，結(jié)合代碼片段對(duì)比（如違反與符合SRP的代碼）幫助學(xué)生建立基礎(chǔ)認(rèn)知；

2.案例分析法：選取“電商商品展示”“日志系統(tǒng)”“在線考試題目模塊”等貼近軟件工程專業(yè)的實(shí)際案例，通過(guò)“問(wèn)題場(chǎng)景→劣質(zhì)設(shè)計(jì)→模式/原則改進(jìn)”的流程，引導(dǎo)學(xué)生理解抽象概念的應(yīng)用價(jià)值；

3.任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：在UML圖回顧環(huán)節(jié)，布置“繪制工廠模式類圖”“繪制用戶登錄序列圖”的即時(shí)任務(wù)，通過(guò)課堂練習(xí)強(qiáng)化圖表繪制能力；

4.小組討論法：針對(duì)“如何判斷一個(gè)類是否違反單一職責(zé)原則”“UML序列圖中消息類型的選擇依據(jù)”等開放問(wèn)題，組織2-3人小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生分享觀點(diǎn)并總結(jié)共性結(jié)論。板書設(shè)計(jì)課程導(dǎo)論與設(shè)計(jì)基石

一、設(shè)計(jì)模式

?定義：面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中常見問(wèn)題的可復(fù)用解決方案

?分類：創(chuàng)建型（對(duì)象創(chuàng)建）、結(jié)構(gòu)型（類/對(duì)象組合）、行為型（對(duì)象交互）

?意義：復(fù)用性↑、可維護(hù)性↑、可擴(kuò)展性↑

二、SOLID原則

1.單一職責(zé)（SRP）：一個(gè)類僅有一個(gè)變化原因

2.開放封閉（OCP）：對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉

3.里氏替換（LSP）：子類可替換父類

4.接口隔離（ISP）：不依賴不需要的接口

5.依賴倒置（DIP）：依賴抽象而非細(xì)節(jié)

三、UML圖

?類圖：類（三層框）、接口（<<interface>>）、關(guān)系（繼承/實(shí)現(xiàn)/關(guān)聯(lián)/聚合/組合/依賴）

?序列圖：對(duì)象（矩形）、生命線（虛線）、消息（同步/異步/返回箭頭）教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、設(shè)計(jì)模式概念與意義

1.設(shè)計(jì)模式的定義與起源

設(shè)計(jì)模式是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中針對(duì)常見問(wèn)題的可復(fù)用解決方案，本質(zhì)是“經(jīng)驗(yàn)的抽象”。1994年GoF（四人組）出版《設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》，首次系統(tǒng)提出23種經(jīng)典模式，奠定了現(xiàn)代設(shè)計(jì)模式的理論基礎(chǔ)。需強(qiáng)調(diào)“模式”并非代碼模板，而是“設(shè)計(jì)思路”，需根據(jù)具體場(chǎng)景調(diào)整。

示例說(shuō)明：以“電商系統(tǒng)商品展示”場(chǎng)景為例，直接為每個(gè)商品類型編寫?yīng)毩⒋a（如手機(jī)、書籍）會(huì)導(dǎo)致代碼重復(fù)，而引入“抽象產(chǎn)品”+“具體產(chǎn)品”的設(shè)計(jì)模式思路可解決此問(wèn)題。

2.設(shè)計(jì)模式的分類（GoF分類）

?創(chuàng)建型模式（5種）：關(guān)注對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程，如工廠方法、單例模式，解決“如何靈活創(chuàng)建對(duì)象”的問(wèn)題；

?結(jié)構(gòu)型模式（7種）：關(guān)注類/對(duì)象組合，如適配器、裝飾器，解決“如何構(gòu)建靈活可擴(kuò)展的類結(jié)構(gòu)”的問(wèn)題；

?行為型模式（11種）：關(guān)注對(duì)象間交互與職責(zé)分配，如觀察者、策略模式，解決“如何讓對(duì)象協(xié)作完成復(fù)雜行為”的問(wèn)題。

通過(guò)“咖啡店訂單系統(tǒng)”案例對(duì)比：未使用模式時(shí)，新增飲品類型需修改主邏輯；使用工廠模式后，僅需擴(kuò)展工廠子類即可，體現(xiàn)創(chuàng)建型模式的優(yōu)勢(shì)。

3.設(shè)計(jì)模式的核心意義

?提高代碼復(fù)用性：避免重復(fù)造輪子，如JDK中迭代器模式統(tǒng)一集合遍歷方式；

?增強(qiáng)可維護(hù)性：模式化設(shè)計(jì)使代碼結(jié)構(gòu)清晰，如Spring框架通過(guò)依賴注入（DI，基于工廠模式）降低類間耦合；

?提升可擴(kuò)展性：符合“對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉”原則，如電商促銷活動(dòng)新增“滿減”類型時(shí)，使用策略模式僅需添加新策略類。

二、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)原則SOLID

1.單一職責(zé)原則（SRP）

定義：一個(gè)類/模塊應(yīng)僅有一個(gè)引起變化的原因。

反例：設(shè)計(jì)“用戶管理類”時(shí)，同時(shí)包含用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（與數(shù)據(jù)庫(kù)交互）、用戶信息校驗(yàn)（如郵箱格式）、用戶界面展示（如前端渲染）方法，導(dǎo)致修改數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)時(shí)可能影響界面邏輯。

正例：拆分為“UserDAO”（數(shù)據(jù)訪問(wèn)）、“UserValidator”（校驗(yàn)）、“UserView”（界面）三個(gè)類，職責(zé)明確，修改互不影響。

2.開放封閉原則（OCP）

定義：軟件實(shí)體（類、模塊、函數(shù)）應(yīng)對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改關(guān)閉。

實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵：通過(guò)抽象（接口/抽象類）隔離變化點(diǎn)。

案例：設(shè)計(jì)“圖形面積計(jì)算”系統(tǒng)，初始支持圓形、矩形。若直接在主函數(shù)中通過(guò)if-else判斷圖形類型計(jì)算面積，新增三角形時(shí)需修改主函數(shù)。改進(jìn)方案：定義“Shape”接口（含“getArea()”方法），各圖形類實(shí)現(xiàn)該接口，主函數(shù)僅需調(diào)用“shape.getArea()”，新增圖形時(shí)只需添加新的實(shí)現(xiàn)類。

3.里氏替換原則（LSP）

定義：子類可以替換其父類且不影響程序正確性。

反例：設(shè)計(jì)“正方形”類繼承“矩形”類，重寫“setWidth()”和“setHeight()”方法（正方形寬高相等），導(dǎo)致使用矩形的代碼（如“設(shè)置寬10、高20”）在替換為正方形時(shí)出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。

正例：正方形與矩形應(yīng)視為兄弟類，共同繼承“四邊形”抽象類，避免違反LSP。

4.接口隔離原則（ISP）

定義：客戶端不應(yīng)依賴其不需要的接口。

反例：定義“Worker”接口包含“work()”“eat()”“sleep()”方法，“RobotWorker”類實(shí)現(xiàn)該接口時(shí)需強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)“eat()”“sleep()”（無(wú)意義方法）。

正例：拆分為“Workable”（work()）、“Living”（eat(),sleep()）兩個(gè)接口，“RobotWorker”僅實(shí)現(xiàn)“Workable”，“HumanWorker”實(shí)現(xiàn)兩個(gè)接口。

5.依賴倒置原則（DIP）

定義：高層模塊不依賴低層模塊，二者均依賴抽象；抽象不依賴細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)依賴抽象。

案例：設(shè)計(jì)“日志系統(tǒng)”，高層模塊（業(yè)務(wù)邏輯）直接依賴低層模塊（FileLogger），若需切換為數(shù)據(jù)庫(kù)日志（DbLogger），需修改業(yè)務(wù)邏輯代碼。改進(jìn)方案：定義“Logger”接口（log()方法），業(yè)務(wù)邏輯依賴“Logger”，F(xiàn)ileLogger和DbLogger實(shí)現(xiàn)該接口，切換日志類型時(shí)僅需修改實(shí)例化代碼。

三、UML類圖與序列圖回顧

1.UML類圖核心元素

?類/接口表示：類用矩形框，分三層（類名、屬性、方法）；接口用“<<interface>>”標(biāo)注。

?關(guān)系類型：

?繼承（泛化）：空心三角箭頭+實(shí)線（類）/虛線（接口實(shí)現(xiàn)）；

?關(guān)聯(lián)：實(shí)心箭頭（單向）或無(wú)箭頭（雙向）+實(shí)線，如“學(xué)生”關(guān)聯(lián)“課程”；

?聚合：空心菱形+實(shí)線（整體與部分可分離），如“班級(jí)”聚合“學(xué)生”；

?組合：實(shí)心菱形+實(shí)線（整體與部分不可分離），如“汽車”組合“發(fā)動(dòng)機(jī)”；

?依賴：虛線箭頭，如“駕駛員”依賴“汽車”（方法參數(shù)使用汽車）。

示例繪制：以“抽象工廠模式”結(jié)構(gòu)為例，繪制“AbstractFactory”接口、“ConcreteFactory1”“ConcreteFactory2”實(shí)現(xiàn)類，以及“ProductA”“ProductB”抽象產(chǎn)品與具體產(chǎn)品的類圖。

2.UML序列圖核心元素

?對(duì)象：矩形框標(biāo)注對(duì)象名（如“orderService:OrderService”），下方為生命線（垂直虛線）；

?消息：水平箭頭表示對(duì)象間交互，同步消息（實(shí)心箭頭+實(shí)線）、異步消息（空心箭頭+實(shí)線）、返回消息（虛線箭頭）；

?激活期：生命線中加粗部分，表示對(duì)象處于活動(dòng)狀態(tài)（如方法執(zhí)行中）。

示例繪制：以“用戶下單”場(chǎng)景為例，繪制“用戶界面”→“訂單服務(wù)”→“庫(kù)存服務(wù)”→“支付服務(wù)”的序列圖，展示訂單創(chuàng)建、庫(kù)存扣減、支付完成的交互過(guò)程。

四、綜合案例：設(shè)計(jì)模式與原則的協(xié)同應(yīng)用

以“在線考試系統(tǒng)”的“題目展示模塊”為例，綜合應(yīng)用SOLID原則與UML工具：

1.需求：支持單選題、多選題、判斷題三種題型，后續(xù)可能新增填空題。

2.問(wèn)題分析：初始設(shè)計(jì)將所有題型邏輯寫在一個(gè)“QuestionService”類中，新增題型需修改該類（違反OCP），且類職責(zé)過(guò)多（違反SRP）。

3.改進(jìn)方案：

?定義“Question”接口（含“display()”“checkAnswer()”方法），各題型類（SingleChoice、MultiChoice等）實(shí)現(xiàn)該接口（符合OCP、DIP）；

?設(shè)計(jì)“QuestionFactory”工廠類負(fù)責(zé)創(chuàng)建具體題型對(duì)象（符合SRP）；

?繪制類圖展示“Question”接口與具體題型的繼承關(guān)系，工廠類與題型的依賴關(guān)系；

?繪制序列圖展示“前端請(qǐng)求→工廠創(chuàng)建題型對(duì)象→題型對(duì)象展示題目”的交互流程。分組討論設(shè)計(jì)模式在真實(shí)項(xiàng)目中的具體應(yīng)用案例

分析SOLID原則在給定代碼實(shí)例中的體現(xiàn)程度

根據(jù)需求描述繪制對(duì)應(yīng)的UML類圖和序列圖建立設(shè)計(jì)模式的核心認(rèn)知框架并理解其工程價(jià)值

掌握面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的可維護(hù)性實(shí)現(xiàn)路徑

強(qiáng)化系統(tǒng)建模的標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)能力60分鐘

50分鐘

70分鐘課堂小結(jié)本次課程作為《設(shè)計(jì)模式》的導(dǎo)論與基石，重點(diǎn)完成三方面內(nèi)容：

1.明確設(shè)計(jì)模式是“面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)中常見問(wèn)題的可復(fù)用解決方案”，理解其分類（創(chuàng)建型/結(jié)構(gòu)型/行為型）及核心意義（提升代碼復(fù)用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性）；

2.掌握SOLID五大原則的具體內(nèi)涵（單一職責(zé)、開放封閉、里氏替換、接口隔離、依賴倒置），能通過(guò)代碼案例區(qū)分違反與符合原則的設(shè)計(jì)；

3.回顧UML類圖（類/接口表示、關(guān)系類型）與序列圖（對(duì)象、消息、生命線）的繪制規(guī)范，能結(jié)合簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)場(chǎng)景完成圖表繪制。

需強(qiáng)調(diào)：設(shè)計(jì)模式與SOLID原則是“設(shè)計(jì)思維”的核心工具，UML是“設(shè)計(jì)表達(dá)”的關(guān)鍵語(yǔ)言，三者協(xié)同構(gòu)成軟件設(shè)計(jì)的基石。作業(yè)布置基礎(chǔ)題（必做）

1.簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)模式的核心意義（200字以內(nèi)）；

2.解釋開放封閉原則（OCP），并舉例說(shuō)明（如“圖形面積計(jì)算系統(tǒng)”）。

實(shí)踐題（必做）

1.針對(duì)“圖書館管理系統(tǒng)”中的“書籍借閱”場(chǎng)景（涉及“讀者”“圖書”“管理員”類），繪制UML類圖（需包含繼承/關(guān)聯(lián)關(guān)系）；

2.繪制“用戶注冊(cè)”流程的序列圖（對(duì)象：用戶界面、注冊(cè)服務(wù)、郵件服務(wù)；消息：提交注冊(cè)信息→驗(yàn)證信息→發(fā)送確認(rèn)郵件→返回成功）。

拓展題（選做）

閱讀JDK中“java.util.Iterator”接口及實(shí)現(xiàn)類（如ArrayList的迭代器），分析其符合哪些SOLID原則（至少2個(gè)），并撰寫500字分析報(bào)告。課后反思1.預(yù)設(shè)難點(diǎn)解決情況：需重點(diǎn)觀察學(xué)生對(duì)SOLID原則的理解是否停留在定義層面（如能否用自己的語(yǔ)言解釋“依賴倒置”），以及UML圖繪制中是否混淆聚合與組合關(guān)系（通過(guò)課堂練習(xí)反饋調(diào)整）；

2.教學(xué)方法有效性：案例分析法是否降低了抽象概念的理解難度（如“日志系統(tǒng)”案例是否幫助學(xué)生理解DIP），小組討論是否激活了學(xué)生的主動(dòng)思考（統(tǒng)計(jì)討論參與度）；

3.改進(jìn)方向：若學(xué)生對(duì)“設(shè)計(jì)模式意義”的理解較模糊，后續(xù)可補(bǔ)充更多開源框架（如Spring）的實(shí)際應(yīng)用案例；若UML圖繪制錯(cuò)誤率高，需增加“常見錯(cuò)誤示例”的專題講解；

4.學(xué)生反饋收集：通過(guò)課后問(wèn)卷收集對(duì)“案例復(fù)雜度”“圖表講解詳略”的建議，為后續(xù)課程調(diào)整提供依據(jù)。

創(chuàng)建型模式（一）教案設(shè)計(jì)題目：創(chuàng)建型模式（一）（單例模式的實(shí)現(xiàn)與陷阱，工廠方法模式，抽象工廠模式）授課時(shí)長(zhǎng)：4學(xué)時(shí)（180分鐘）授課班級(jí)：23級(jí)軟件工程班主講教師：XXX學(xué)情分析23級(jí)軟件工程專業(yè)（大二下學(xué)期）學(xué)生已修完《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》《UML與軟件建?！贰盾浖こ虒?dǎo)論》，具備以下特點(diǎn)：

?知識(shí)基礎(chǔ)：熟悉類、對(duì)象、繼承、接口等面向?qū)ο蟾拍?，能閱讀UML類圖，但對(duì)軟件設(shè)計(jì)中的“可擴(kuò)展性”“低耦合”等目標(biāo)理解較淺。

?能力水平：具備基礎(chǔ)編程能力（如Java），但缺乏復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，難以識(shí)別代碼中的“壞味道”并進(jìn)行重構(gòu)。

?學(xué)習(xí)特點(diǎn)：對(duì)實(shí)際項(xiàng)目案例興趣較高，偏好通過(guò)代碼示例理解抽象概念；但對(duì)設(shè)計(jì)模式的抽象理論（如模式與設(shè)計(jì)原則的關(guān)系）可能存在理解困難。

?潛在挑戰(zhàn)：抽象工廠模式中“產(chǎn)品族”的概念可能較難理解，單例模式的線程安全實(shí)現(xiàn)易混淆不同方法的適用場(chǎng)景。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)

?掌握：

?單例模式的5種實(shí)現(xiàn)方式（餓漢式、懶漢式、DCL、靜態(tài)內(nèi)部類、枚舉）及線程安全原理；

?工廠方法模式的結(jié)構(gòu)（抽象產(chǎn)品、具體產(chǎn)品、抽象工廠、具體工廠）與代碼實(shí)現(xiàn)；

?抽象工廠模式的產(chǎn)品族概念、結(jié)構(gòu)及與工廠方法模式的區(qū)別。

?熟悉：

?單例模式的常見陷阱（線程不安全、反射攻擊、序列化破壞）及解決方案；

?工廠方法模式與抽象工廠模式的適用場(chǎng)景（如日志記錄、跨平臺(tái)UI）；

?設(shè)計(jì)模式與“開閉原則”“依賴倒置原則”的關(guān)聯(lián)。

?了解：

?單例模式在JDK（如Runtime.getRuntime()）和Spring框架中的應(yīng)用；

?工廠方法模式與抽象工廠模式在開源項(xiàng)目（如MyBatis、Hibernate）中的實(shí)際使用案例。教學(xué)重點(diǎn)1.單例模式的線程安全實(shí)現(xiàn)（DCL、靜態(tài)內(nèi)部類、枚舉）；

2.工廠方法模式的結(jié)構(gòu)（抽象工廠與具體工廠的協(xié)作）；

3.抽象工廠模式的產(chǎn)品族定義及與工廠方法模式的結(jié)構(gòu)差異。教學(xué)難點(diǎn)1.抽象工廠模式中抽象產(chǎn)品族的理解與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的匹配；2.單例模式在多線程環(huán)境下的線程安全實(shí)現(xiàn)及常見陷阱（如反射攻擊、序列化/反序列化破壞單例）的規(guī)避方法；3.工廠方法模式與抽象工廠模式的結(jié)構(gòu)差異及模式選擇的決策依據(jù)。教學(xué)方法1.案例分析法：通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)連接池（單例）、日志記錄器（工廠方法）、跨平臺(tái)UI（抽象工廠）等實(shí)際案例，引導(dǎo)學(xué)生理解模式應(yīng)用場(chǎng)景。

2.代碼演示法：結(jié)合Java代碼示例，逐步展示單例模式的不同實(shí)現(xiàn)方式、工廠方法與抽象工廠的結(jié)構(gòu)差異，幫助學(xué)生掌握核心代碼邏輯。

3.小組討論法：組織學(xué)生討論“單例模式為何不能通過(guò)構(gòu)造方法創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例”“工廠方法與抽象工廠的本質(zhì)區(qū)別”等問(wèn)題，深化對(duì)模式的理解。

4.任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：布置課堂任務(wù)（如設(shè)計(jì)線程安全的單例類、用工廠方法改進(jìn)現(xiàn)有日志模塊），通過(guò)實(shí)踐鞏固理論知識(shí)。板書設(shè)計(jì)創(chuàng)建型模式（一）

一、單例模式

?核心：全局唯一實(shí)例

?實(shí)現(xiàn)方式：

餓漢式（類加載初始化）

懶漢式（延遲初始化，非線程安全）

DCL（雙重檢查鎖定+volatile）

靜態(tài)內(nèi)部類（類加載機(jī)制保證安全）

枚舉（最簡(jiǎn)，防反射/序列化）

?陷阱：線程不安全、反射攻擊、序列化破壞

二、工廠方法模式

?問(wèn)題：客戶端與具體產(chǎn)品強(qiáng)耦合

?結(jié)構(gòu)：

抽象產(chǎn)品（Product）→具體產(chǎn)品（ConcreteProduct）

抽象工廠（Creator）→具體工廠（ConcreteCreator）

?示例：日志記錄器（LoggerFactory→FileLoggerFactory）

三、抽象工廠模式

?問(wèn)題：創(chuàng)建產(chǎn)品族（一組相關(guān)對(duì)象）

?結(jié)構(gòu)：

抽象產(chǎn)品族（Button+TextBox）→具體產(chǎn)品族（Windows/Mac組件）

抽象工廠（UIFactory）→具體工廠（WindowsUIFactory/MacUIFactory）

?與工廠方法區(qū)別：創(chuàng)建單一產(chǎn)品vs創(chuàng)建產(chǎn)品族教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、單例模式的實(shí)現(xiàn)與陷阱

1.單例模式的核心思想

單例模式（SingletonPattern）是創(chuàng)建型模式的一種，其核心目標(biāo)是確保一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)。適用場(chǎng)景包括需要全局唯一的資源管理器（如數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、配置管理器）或需要嚴(yán)格控制實(shí)例數(shù)量的場(chǎng)景。

2.常見實(shí)現(xiàn)方式

?餓漢式：類加載時(shí)立即初始化實(shí)例，線程安全但可能浪費(fèi)資源。代碼示例：

java

publicclassEagerSingleton{

privatestaticfinalEagerSingletonINSTANCE=newEagerSingleton();

privateEagerSingleton(){}

publicstaticEagerSingletongetInstance(){

returnINSTANCE;

}

}

?懶漢式（非線程安全）：延遲初始化，但多線程環(huán)境下可能創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例。代碼示例：

java

publicclassLazySingleton{

privatestaticLazySingletonINSTANCE;

privateLazySingleton(){}

publicstaticLazySingletongetInstance(){

if(INSTANCE==null){

INSTANCE=newLazySingleton();//多線程此處可能重復(fù)創(chuàng)建

}

returnINSTANCE;

}

}

?雙重檢查鎖定（DCL）：通過(guò)同步代碼塊和volatile關(guān)鍵字保證線程安全與性能。代碼示例：

java

publicclassDCLSingleton{

privatestaticvolatileDCLSingletonINSTANCE;

privateDCLSingleton(){}

publicstaticDCLSingletongetInstance(){

if(INSTANCE==null){

synchronized(DCLSingleton.class){

if(INSTANCE==null){

INSTANCE=newDCLSingleton();

}

}

}

returnINSTANCE;

}

}

?靜態(tài)內(nèi)部類：利用類加載機(jī)制保證線程安全，延遲初始化。代碼示例：

java

publicclassInnerClassSingleton{

privateInnerClassSingleton(){}

privatestaticclassHolder{

staticfinalInnerClassSingletonINSTANCE=newInnerClassSingleton();

}

publicstaticInnerClassSingletongetInstance(){

returnHolder.INSTANCE;

}

}

?枚舉：Java推薦的最簡(jiǎn)方式，天然防反射攻擊和序列化破壞。代碼示例：

java

publicenumEnumSingleton{

INSTANCE;

publicvoiddoSomething(){}

}

3.常見陷阱與解決方案

?線程不安全：懶漢式在多線程下可能創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例，需使用DCL或靜態(tài)內(nèi)部類。

?反射攻擊：通過(guò)反射調(diào)用私有構(gòu)造方法創(chuàng)建新實(shí)例，可在構(gòu)造方法中添加實(shí)例存在檢查。

?序列化/反序列化破壞：反序列化時(shí)會(huì)創(chuàng)建新實(shí)例，需重寫readResolve()方法返回已有實(shí)例。

二、工廠方法模式

1.問(wèn)題引入

假設(shè)需要設(shè)計(jì)一個(gè)日志記錄器，支持文件日志、數(shù)據(jù)庫(kù)日志等多種類型。若直接通過(guò)new創(chuàng)建具體日志對(duì)象，會(huì)導(dǎo)致客戶端與具體類強(qiáng)耦合，違反“開閉原則”。工廠方法模式通過(guò)將對(duì)象創(chuàng)建延遲到子類解決此問(wèn)題。

2.模式結(jié)構(gòu)

?抽象產(chǎn)品（Product）：定義產(chǎn)品的公共接口（如Logger接口）。

?具體產(chǎn)品（ConcreteProduct）：實(shí)現(xiàn)抽象產(chǎn)品接口的具體類（如FileLogger、DatabaseLogger）。

?抽象工廠（Creator）：聲明創(chuàng)建產(chǎn)品的工廠方法（如createLogger()）。

?具體工廠（ConcreteCreator）：實(shí)現(xiàn)工廠方法，返回具體產(chǎn)品實(shí)例（如FileLoggerFactory、DatabaseLoggerFactory）。

3.實(shí)現(xiàn)示例

定義Logger接口：

java

publicinterfaceLogger{

voidlog(Stringmessage);

}

具體產(chǎn)品FileLogger和DatabaseLogger實(shí)現(xiàn)該接口。抽象工廠LoggerFactory聲明createLogger()方法，具體工廠FileLoggerFactory和DatabaseLoggerFactory分別實(shí)現(xiàn)該方法返回對(duì)應(yīng)產(chǎn)品?？蛻舳送ㄟ^(guò)具體工廠獲取日志對(duì)象，無(wú)需依賴具體產(chǎn)品類。

三、抽象工廠模式

1.產(chǎn)品族與問(wèn)題擴(kuò)展

當(dāng)需要?jiǎng)?chuàng)建一組相關(guān)或依賴的對(duì)象（如跨平臺(tái)UI組件：Windows按鈕+文本框、Mac按鈕+文本框），工廠方法模式僅能創(chuàng)建單一產(chǎn)品，無(wú)法滿足多產(chǎn)品族需求，抽象工廠模式應(yīng)運(yùn)而生。

2.模式結(jié)構(gòu)

?抽象產(chǎn)品族（AbstractProductFamily）：定義一組產(chǎn)品的接口（如Button、TextBox接口）。

?具體產(chǎn)品族（ConcreteProductFamily）：實(shí)現(xiàn)各抽象產(chǎn)品接口的具體類（如WindowsButton、WindowsTextBox、MacButton、MacTextBox）。

?抽象工廠（AbstractFactory）：聲明創(chuàng)建產(chǎn)品族中所有產(chǎn)品的方法（如createButton()、createTextBox()）。

?具體工廠（ConcreteFactory）：實(shí)現(xiàn)抽象工廠方法，返回具體產(chǎn)品族實(shí)例（如WindowsUIFactory、MacUIFactory）。

3.實(shí)現(xiàn)示例

定義Button和TextBox接口：

java

publicinterfaceButton{

voidclick();

}

publicinterfaceTextBox{

voidinput(Stringtext);

}

具體產(chǎn)品WindowsButton、WindowsTextBox、MacButton、MacTextBox實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)接口。抽象工廠UIFactory聲明createButton()和createTextBox()方法，具體工廠WindowsUIFactory和MacUIFactory分別實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)方法，返回對(duì)應(yīng)平臺(tái)的組件?？蛻舳送ㄟ^(guò)具體工廠獲取一組UI組件，確保組件風(fēng)格一致。

四、三種模式對(duì)比與應(yīng)用場(chǎng)景

?單例模式：適用于需要全局唯一實(shí)例的場(chǎng)景（如配置管理器）。

?工廠方法模式：適用于創(chuàng)建單一產(chǎn)品，且產(chǎn)品類型需擴(kuò)展的場(chǎng)景（如日志記錄器）。

?抽象工廠模式：適用于創(chuàng)建產(chǎn)品族（一組相關(guān)對(duì)象），且需切換整個(gè)產(chǎn)品族的場(chǎng)景（如跨平臺(tái)UI組件）。分析單例模式代碼案例并討論線程安全問(wèn)題

分組設(shè)計(jì)工廠方法模式實(shí)例并繪制類圖

角色扮演抽象工廠模式中不同產(chǎn)品族的創(chuàng)建過(guò)程掌握單例模式的多種實(shí)現(xiàn)方式及線程安全陷阱

理解工廠方法模式解耦對(duì)象創(chuàng)建與使用的設(shè)計(jì)思想

掌握抽象工廠模式對(duì)產(chǎn)品族系列對(duì)象的創(chuàng)建管理70分鐘

55分鐘

55分鐘課堂小結(jié)本次課程圍繞創(chuàng)建型模式中的單例模式、工廠方法模式、抽象工廠模式展開：

?單例模式核心是保證全局唯一實(shí)例，需掌握多種實(shí)現(xiàn)方式及陷阱規(guī)避；

?工廠方法模式通過(guò)子類化解決單一產(chǎn)品的創(chuàng)建問(wèn)題，降低客戶端與具體類的耦合；

?抽象工廠模式用于創(chuàng)建產(chǎn)品族，支持整體切換產(chǎn)品類型。

重點(diǎn)需理解三種模式的結(jié)構(gòu)差異與適用場(chǎng)景，為后續(xù)模式學(xué)習(xí)及實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)奠定基礎(chǔ)。作業(yè)布置課后作業(yè)

1.基礎(chǔ)題（必做）：

?編寫一個(gè)線程安全的單例類（要求使用靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)），并編寫測(cè)試代碼驗(yàn)證其單例特性；

?設(shè)計(jì)一個(gè)工廠方法模式，用于創(chuàng)建不同類型的圖表（如柱狀圖、折線圖），要求畫出UML類圖并編寫Java代碼。

2.提高題（選做）：

?使用抽象工廠模式設(shè)計(jì)一個(gè)跨平臺(tái)的文件操作工具（支持Windows和Linux系統(tǒng)，需包含文件讀取、寫入功能），要求用UML類圖描述結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)核心代碼；

?查閱Spring框架源碼，找出其中使用工廠模式的一個(gè)實(shí)例（如BeanFactory），分析其實(shí)現(xiàn)方式并撰寫500字分析報(bào)告。

3.思考題：

?為什么枚舉實(shí)現(xiàn)的單例是Java中推薦的方式？它如何解決反射攻擊和序列化問(wèn)題？

?工廠方法模式中，抽象工廠是否可以沒(méi)有抽象產(chǎn)品？為什么？課后反思本次課需重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：

?學(xué)生理解情況：抽象工廠模式的“產(chǎn)品族”概念可能部分學(xué)生理解困難，需通過(guò)更多跨平臺(tái)案例（如數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)+連接池）強(qiáng)化；

?實(shí)踐效果：課堂任務(wù)中，部分學(xué)生在實(shí)現(xiàn)DCL單例時(shí)可能遺漏volatile關(guān)鍵字，需強(qiáng)調(diào)其作用（禁止指令重排序）；

?互動(dòng)反饋：小組討論環(huán)節(jié)需觀察學(xué)生參與度，對(duì)沉默學(xué)生可通過(guò)提問(wèn)引導(dǎo)；

?改進(jìn)方向：下次課可增加模式對(duì)比表格（如適用場(chǎng)景、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度），幫助學(xué)生系統(tǒng)記憶；同時(shí)補(bǔ)充開源框架中的實(shí)際應(yīng)用案例（如Spring的BeanFactory），增強(qiáng)學(xué)生對(duì)模式價(jià)值的直觀認(rèn)知。

創(chuàng)建型模式（二）與結(jié)構(gòu)型模式（適配）教案設(shè)計(jì)題目：創(chuàng)建型模式（二）與結(jié)構(gòu)型模式（適配）（建造者模式，原型模式，適配器模式）授課時(shí)長(zhǎng)：4學(xué)時(shí)（180分鐘）授課班級(jí)：23級(jí)軟件工程班主講教師：XXX學(xué)情分析23級(jí)軟件工程專業(yè)大二下學(xué)期學(xué)生已完成《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》《UML與軟件建模》等先修課程，具備以下特點(diǎn)：

?知識(shí)基礎(chǔ)：掌握類、對(duì)象、繼承、多態(tài)等面向?qū)ο蠛诵母拍?，能閱讀UML類圖，熟悉基本代碼編寫。

?能力特點(diǎn)：具備一定的問(wèn)題分析能力，但對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題的抽象能力較弱；能編寫功能代碼，但對(duì)代碼的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性關(guān)注不足。

?學(xué)習(xí)需求：對(duì)設(shè)計(jì)模式的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和價(jià)值認(rèn)知模糊，需要通過(guò)具體案例理解模式如何解決實(shí)際問(wèn)題；對(duì)模式間的區(qū)別（如建造者vs工廠模式）易混淆，需加強(qiáng)對(duì)比分析。

?潛在困難：可能因模式抽象性產(chǎn)生畏難情緒，需通過(guò)“問(wèn)題-解決方案”的引導(dǎo)式教學(xué)降低理解門檻；部分學(xué)生對(duì)深拷貝、接口轉(zhuǎn)換等細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)存在困難，需結(jié)合代碼示例逐步講解。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)

掌握

?建造者模式、原型模式、適配器模式的核心結(jié)構(gòu)（類圖）、關(guān)鍵參與者及代碼實(shí)現(xiàn)（Java示例）。

?根據(jù)具體需求選擇建造者模式（多參數(shù)對(duì)象構(gòu)建）、原型模式（高效復(fù)制相似對(duì)象）或適配器模式（接口不兼容）的判斷方法。

?模式應(yīng)用中的常見陷阱（如建造者模式的過(guò)度設(shè)計(jì)、原型模式的淺拷貝導(dǎo)致數(shù)據(jù)污染）及規(guī)避策略。

熟悉

?三個(gè)模式與設(shè)計(jì)原則（單一職責(zé)、開閉原則、迪米特法則）的關(guān)聯(lián)（如建造者模式符合單一職責(zé)原則，適配器模式符合開閉原則）。

?模式在JDK（如StringBuilder是建造者模式的簡(jiǎn)化版）、Spring（如SpringMVC的HandlerAdapter是適配器模式）等框架中的實(shí)際應(yīng)用案例。

了解

?模式的擴(kuò)展變體（如fluentbuilder模式、帶注冊(cè)表的原型模式）。

?反模式（如為用模式而強(qiáng)行使用，導(dǎo)致代碼復(fù)雜度上升）的識(shí)別方法。教學(xué)重點(diǎn)1.三個(gè)模式的核心結(jié)構(gòu)與代碼實(shí)現(xiàn)：建造者的Builder類設(shè)計(jì)、原型的clone()方法（淺/深拷貝）、適配器的接口轉(zhuǎn)換邏輯。

2.模式的適用場(chǎng)景判斷：建造者（多參數(shù)分步構(gòu)建）、原型（高效復(fù)制相似對(duì)象）、適配器（接口不兼容）。

3.模式與設(shè)計(jì)原則的關(guān)聯(lián)：通過(guò)模式應(yīng)用提升代碼的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性（如適配器模式通過(guò)封裝接口轉(zhuǎn)換符合開閉原則）。教學(xué)難點(diǎn)1.模式選擇依據(jù)：學(xué)生難以根據(jù)具體需求準(zhǔn)確選擇建造者模式、原型模式或適配器模式，需理解模式間的核心差異與適用場(chǎng)景的邊界條件。

2.模式與設(shè)計(jì)原則的結(jié)合：如何通過(guò)單一職責(zé)原則、開閉原則等指導(dǎo)模式的應(yīng)用，避免為用模式而用模式的過(guò)度設(shè)計(jì)問(wèn)題。

3.復(fù)雜場(chǎng)景下的模式協(xié)作：例如在對(duì)象創(chuàng)建與接口適配的聯(lián)合場(chǎng)景中，如何協(xié)調(diào)建造者模式與適配器模式的交互邏輯。教學(xué)方法1.案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法：通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)配置構(gòu)建、游戲角色復(fù)制、日志系統(tǒng)適配等真實(shí)開發(fā)場(chǎng)景案例，引導(dǎo)學(xué)生從問(wèn)題出發(fā)理解模式價(jià)值。

2.代碼重構(gòu)對(duì)比法：展示“無(wú)模式”的劣質(zhì)設(shè)計(jì)（如多參數(shù)構(gòu)造函數(shù)、重復(fù)初始化代碼、接口硬編碼），逐步重構(gòu)為模式實(shí)現(xiàn)，直觀體現(xiàn)模式優(yōu)勢(shì)。

3.小組討論法：設(shè)置討論題（如“為電商商品詳情頁(yè)選擇構(gòu)建模式：建造者vs直接構(gòu)造？”“游戲角色復(fù)制用原型模式還是工廠模式？”），促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考模式適用場(chǎng)景。

4.UML圖示法：通過(guò)類圖、時(shí)序圖展示模式結(jié)構(gòu)與協(xié)作過(guò)程，輔助學(xué)生理解抽象概念。

5.實(shí)踐編碼法：課堂穿插5-10分鐘小練習(xí)（如用建造者模式實(shí)現(xiàn)訂單類、用原型模式復(fù)制用戶信息對(duì)象），即時(shí)鞏固知識(shí)。板書設(shè)計(jì)板書設(shè)計(jì)（思維導(dǎo)圖形式）

創(chuàng)建型模式（二）與結(jié)構(gòu)型模式（適配）

├─一、建造者模式

│├─意圖：分離構(gòu)建與表示

│├─結(jié)構(gòu)：Product、Builder、ConcreteBuilder、Director

│├─代碼關(guān)鍵：Builder靜態(tài)內(nèi)部類、鏈?zhǔn)秸{(diào)用

│└─場(chǎng)景：多參數(shù)對(duì)象（配置類、訂單類）

├─二、原型模式

│├─意圖：復(fù)制原型創(chuàng)建對(duì)象

│├─結(jié)構(gòu)：Prototype接口、ConcretePrototype

│├─關(guān)鍵：淺拷貝vs深拷貝（引用類型處理）

│└─場(chǎng)景：高成本對(duì)象（游戲角色、模板）

├─三、適配器模式

│├─意圖：轉(zhuǎn)換接口兼容

│├─結(jié)構(gòu)：Target、Adaptee、Adapter（類/對(duì)象適配器）

│├─關(guān)鍵：組合或繼承實(shí)現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換

│└─場(chǎng)景：新舊系統(tǒng)對(duì)接、第三方庫(kù)適配

└─四、模式對(duì)比

├─類型：創(chuàng)建型（建、原）vs結(jié)構(gòu)型（適）

├─核心：對(duì)象創(chuàng)建方式vs類/對(duì)象組合

└─場(chǎng)景：構(gòu)建/復(fù)制/適配

教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、課程導(dǎo)入（問(wèn)題驅(qū)動(dòng)）

通過(guò)典型軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題引入：

?問(wèn)題1：設(shè)計(jì)一個(gè)配置類，需支持多參數(shù)（如數(shù)據(jù)庫(kù)連接配置：URL、用戶名、密碼、超時(shí)時(shí)間等）的靈活構(gòu)建，且部分參數(shù)可選。直接通過(guò)構(gòu)造函數(shù)或setter方法可能導(dǎo)致代碼冗余或參數(shù)混亂。

?問(wèn)題2：系統(tǒng)需動(dòng)態(tài)生成大量相似對(duì)象（如游戲角色模板復(fù)制），直接new操作可能導(dǎo)致性能瓶頸或重復(fù)初始化代碼。

?問(wèn)題3：新模塊需調(diào)用遺留系統(tǒng)的接口，但兩者接口不兼容（如舊接口返回XML，新接口需JSON），如何實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接？

引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)有解決方案的不足，引出創(chuàng)建型模式（建造者、原型）與結(jié)構(gòu)型模式（適配器）的必要性。

二、建造者模式（BuilderPattern）

1.模式意圖

將一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的構(gòu)建與表示分離，使得同樣的構(gòu)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的表示。核心解決“多參數(shù)對(duì)象的分步構(gòu)建”問(wèn)題。

2.模式結(jié)構(gòu)

?產(chǎn)品（Product）：待構(gòu)建的復(fù)雜對(duì)象（如配置類）。

?抽象建造者（Builder）：定義構(gòu)建產(chǎn)品各部分的接口（如buildURL()、buildTimeout()）。

?具體建造者（ConcreteBuilder）：實(shí)現(xiàn)抽象建造者，完成具體構(gòu)建步驟，并返回產(chǎn)品實(shí)例。

?指揮者（Director）：調(diào)用建造者接口，控制構(gòu)建流程（可選，簡(jiǎn)化版可省略）。

3.代碼示例

以數(shù)據(jù)庫(kù)連接配置類為例，展示傳統(tǒng)構(gòu)造函數(shù)的缺陷（參數(shù)順序易出錯(cuò)、可選參數(shù)需重載多個(gè)構(gòu)造函數(shù)），逐步重構(gòu)為建造者模式：

java

//產(chǎn)品類

classDBConfig{

privateStringurl;

privateStringusername;

privateStringpassword;

privateinttimeout;

//私有構(gòu)造函數(shù)，僅通過(guò)Builder創(chuàng)建

privateDBConfig(Builderbuilder){...}

//Builder靜態(tài)內(nèi)部類

staticclassBuilder{

privateStringurl;

privateStringusername;

privateStringpassword="";//默認(rèn)空

privateinttimeout=3000;//默認(rèn)3秒

publicBuilderurl(Stringurl){...}

publicBuilderusername(Stringusername){...}

publicDBConfigbuild(){returnnewDBConfig(this);}

}

}

//使用示例：

DBConfigconfig=newDBConfig.Builder()

.url("jdbc:mysql://localhost:3306/db")

.username("root")

.timeout(5000)

.build();

4.適用場(chǎng)景

?對(duì)象需多個(gè)可選參數(shù)或步驟化構(gòu)建（如GUI組件布局、SQL查詢構(gòu)造）。

?需隱藏對(duì)象創(chuàng)建細(xì)節(jié)，提供統(tǒng)一構(gòu)建接口。

三、原型模式（PrototypePattern）

1.模式意圖

通過(guò)復(fù)制現(xiàn)有對(duì)象（原型）創(chuàng)建新對(duì)象，避免重復(fù)初始化過(guò)程，提升性能。核心解決“相似對(duì)象的高效創(chuàng)建”問(wèn)題。

2.模式結(jié)構(gòu)

?原型接口（Prototype）：聲明克隆方法（clone()）。

?具體原型（ConcretePrototype）：實(shí)現(xiàn)克隆方法，支持淺拷貝（復(fù)制基本類型和引用）或深拷貝（遞歸復(fù)制引用對(duì)象）。

3.代碼示例

以游戲角色模板復(fù)制為例，展示直接new與原型模式的對(duì)比：

java

//原型接口

interfacePrototype{

Prototypeclone();

}

//具體原型（游戲角色）

classGameCharacterimplementsPrototype{

privateStringname;

privateintlevel;

privateList<String>skills;//技能列表

//深拷貝實(shí)現(xiàn)（需處理引用類型）

@Override

publicGameCharacterclone(){

GameCharacterclone=newGameCharacter();

=;

clone.level=this.level;

clone.skills=newArrayList<>(this.skills);//復(fù)制列表

returnclone;

}

}

//使用示例：

GameCharactertemplate=newGameCharacter();

//初始化模板技能

GameCharacterplayer1=template.clone();

GameCharacterplayer2=template.clone();

4.適用場(chǎng)景

?對(duì)象初始化成本高（如需要讀取文件、數(shù)據(jù)庫(kù)或執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算）。

?對(duì)象間差異小，可通過(guò)復(fù)制后修改部分屬性生成新對(duì)象（如Excel模板復(fù)制）。

四、適配器模式（AdapterPattern）

1.模式意圖

將一個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換成客戶期望的另一個(gè)接口，使原本接口不兼容的類能一起工作。核心解決“新舊接口適配”問(wèn)題。

2.模式結(jié)構(gòu)

?目標(biāo)接口（Target）：客戶期望的接口（如需要JSON輸出）。

?適配者（Adaptee）：現(xiàn)有不兼容的接口（如返回XML的舊接口）。

?適配器（Adapter）：通過(guò)組合或繼承適配者，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)接口（類適配器模式用繼承，對(duì)象適配器模式用組合）。

3.代碼示例

以新舊日志系統(tǒng)對(duì)接為例（舊系統(tǒng)輸出XML，新系統(tǒng)需JSON），展示對(duì)象適配器模式：

java

//目標(biāo)接口（新系統(tǒng)需要的JSON日志）

interfaceJsonLogger{

voidlog(Stringmessage);

}

//適配者（舊系統(tǒng)的XML日志）

classXmlLogger{

publicvoidlogXml(Stringmessage){

System.out.println("<log>"+message+"</log>");

}

}

//對(duì)象適配器

classXmlToJsonAdapterimplementsJsonLogger{

privateXmlLoggeradaptee;

publicXmlToJsonAdapter(XmlLoggeradaptee){

this.adaptee=adaptee;

}

@Override

publicvoidlog(Stringmessage){

//將JSON轉(zhuǎn)換為XML邏輯（簡(jiǎn)化示例）

StringxmlMessage="{\"message\":\""+message+"\"}";

adaptee.logXml(xmlMessage);

}

}

//使用示例：

XmlLoggeroldLogger=newXmlLogger();

JsonLoggernewLogger=newXmlToJsonAdapter(oldLogger);

newLogger.log("系統(tǒng)啟動(dòng)成功");//輸出<log>{"message":"系統(tǒng)啟動(dòng)成功"}</log>

4.適用場(chǎng)景

?復(fù)用遺留系統(tǒng)或第三方庫(kù)的功能，但接口不兼容。

?統(tǒng)一多個(gè)不兼容接口（如多格式文件讀取適配器）。

五、模式對(duì)比與總結(jié)

通過(guò)表格對(duì)比三個(gè)模式的核心差異：

|模式|類型|解決問(wèn)題|關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)方式|典型應(yīng)用場(chǎng)景|

||||||

|建造者模式|創(chuàng)建型|復(fù)雜對(duì)象的分步構(gòu)建|分離構(gòu)建與表示，Builder類|多參數(shù)對(duì)象、步驟化構(gòu)建|

|原型模式|創(chuàng)建型|相似對(duì)象的高效復(fù)制|克隆方法（淺/深拷貝）|高成本對(duì)象初始化、模板復(fù)制|

|適配器模式|結(jié)構(gòu)型|接口不兼容問(wèn)題|轉(zhuǎn)換接口（組合/繼承）|新舊系統(tǒng)對(duì)接、多接口適配|

強(qiáng)調(diào)：創(chuàng)建型模式關(guān)注“對(duì)象如何創(chuàng)建”，結(jié)構(gòu)型模式關(guān)注“類/對(duì)象如何組合”。學(xué)生分組分析建造者模式的案例應(yīng)用場(chǎng)景

學(xué)生通過(guò)原型模式實(shí)現(xiàn)對(duì)象克隆的代碼實(shí)踐

學(xué)生改造現(xiàn)有代碼實(shí)現(xiàn)適配器模式接口轉(zhuǎn)換理解建造者模式分離復(fù)雜對(duì)象構(gòu)造過(guò)程的核心價(jià)值

掌握原型模式實(shí)現(xiàn)對(duì)象高效復(fù)制的克隆機(jī)制

培養(yǎng)適配器模式解決接口不兼容問(wèn)題的實(shí)踐能力60分鐘

50分鐘

70分鐘課堂小結(jié)本次課程圍繞創(chuàng)建型模式（建造者、原型）與結(jié)構(gòu)型模式（適配器）展開，核心內(nèi)容總結(jié)如下：

?建造者模式：通過(guò)分離對(duì)象構(gòu)建與表示，解決多參數(shù)對(duì)象的靈活構(gòu)建問(wèn)題，關(guān)鍵在于Builder類的設(shè)計(jì)。

?原型模式：通過(guò)克隆現(xiàn)有對(duì)象，避免重復(fù)初始化，重點(diǎn)掌握淺拷貝與深拷貝的區(qū)別及實(shí)現(xiàn)。

?適配器模式：通過(guò)接口轉(zhuǎn)換，解決新舊系統(tǒng)或第三方庫(kù)的接口不兼容問(wèn)題，對(duì)象適配器（組合）比類適配器（繼承）更靈活。

需重點(diǎn)關(guān)注：模式的適用場(chǎng)景判斷、代碼實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)（如建造者的鏈?zhǔn)秸{(diào)用、原型的深拷貝處理）、模式與設(shè)計(jì)原則（如單一職責(zé)、開閉原則）的契合性。作業(yè)布置課后作業(yè)

基礎(chǔ)題（必做）

1.用建造者模式實(shí)現(xiàn)一個(gè)“用戶信息類”（包含姓名、年齡、性別（可選）、聯(lián)系方式（可選）），要求支持鏈?zhǔn)秸{(diào)用構(gòu)建。

2.用原型模式實(shí)現(xiàn)一個(gè)“文檔模板類”（包含標(biāo)題、作者、正文模板），要求實(shí)現(xiàn)深拷貝（正文模板為L(zhǎng)ist<String>類型）。

3.用對(duì)象適配器模式將“舊支付接口”（方法：voidpayByCash(doubleamount)）轉(zhuǎn)換為“新支付接口”（方法：Stringpay(doubleamount)，返回JSON格式支付結(jié)果）。

提高題（選做）

分析Spring框架中BeanFactory（工廠模式）與ApplicationContext（包含適配器模式思想）的設(shè)計(jì)，撰寫500字分析報(bào)告，說(shuō)明其中涉及的設(shè)計(jì)模式及應(yīng)用場(chǎng)景。

拓展題（興趣可選）

閱讀JDK源碼，找出ArrayList的clone()方法（淺拷貝）與HashMap的clone()方法（部分深拷貝）的實(shí)現(xiàn)差異，總結(jié)淺拷貝的適用條件。課后反思1.預(yù)設(shè)難點(diǎn)應(yīng)對(duì)：預(yù)計(jì)學(xué)生對(duì)“模式選擇依據(jù)”理解困難，需在課堂討論環(huán)節(jié)通過(guò)具體場(chǎng)景（如“用戶注冊(cè)信息構(gòu)建用建造者還是工廠？”）強(qiáng)化判斷邏輯；對(duì)“深拷貝實(shí)現(xiàn)”易出錯(cuò)，需在代碼示例中重點(diǎn)標(biāo)注引用類型的處理（如集合類的newArrayList<>(list)）。

2.實(shí)踐環(huán)節(jié)效果：課堂小練習(xí)需控制難度，避免因代碼復(fù)雜影響參與度；可提前提供部分代碼框架（如原型模式的Prototype接口），降低學(xué)生編碼門檻。

3.反饋改進(jìn)方向：課后通過(guò)作業(yè)批改和小組討論收集學(xué)生疑問(wèn)，針對(duì)高頻問(wèn)題（如適配器模式的類適配器與對(duì)象適配器的選擇）錄制微視頻補(bǔ)充講解；在下節(jié)課前5分鐘進(jìn)行“模式快問(wèn)快答”，鞏固核心知識(shí)點(diǎn)。

4.教學(xué)資源優(yōu)化：后續(xù)可引入更多行業(yè)案例（如電商系統(tǒng)的商品詳情頁(yè)構(gòu)建用建造者模式、日志框架的多格式輸出用適配器模式），增強(qiáng)學(xué)生對(duì)模式實(shí)用性的感知。

結(jié)構(gòu)型模式（一）教案設(shè)計(jì)題目：結(jié)構(gòu)型模式（一）（橋接模式，組合模式，裝飾器模式）授課時(shí)長(zhǎng)：4學(xué)時(shí)（180分鐘）授課班級(jí)：23級(jí)軟件工程班主講教師：XXX學(xué)情分析23級(jí)軟件工程專業(yè)大二下學(xué)期學(xué)生已完成《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》《UML與軟件建?！返认刃拚n程，具備以下特點(diǎn)：

?知識(shí)基礎(chǔ)：熟悉類、繼承、接口等面向?qū)ο蟾拍?，能繪制簡(jiǎn)單UML類圖；了解代碼“壞味道”（如重復(fù)代碼、緊耦合），但缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)方法。

?學(xué)習(xí)需求：處于從“實(shí)現(xiàn)功能”向“優(yōu)化設(shè)計(jì)”過(guò)渡階段，渴望掌握可復(fù)用、可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)方法，但對(duì)設(shè)計(jì)模式的抽象概念易產(chǎn)生畏難情緒。

?能力短板：對(duì)模式的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景判斷能力較弱（如何時(shí)用橋接而非適配器），代碼設(shè)計(jì)時(shí)易陷入“為用模式而用模式”的誤區(qū)。

?學(xué)習(xí)特點(diǎn)：偏好具象案例（如框架源碼中的模式應(yīng)用），對(duì)純理論講解興趣較低；小組協(xié)作能力較強(qiáng)，適合通過(guò)討論加深理解。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)

掌握

?橋接模式、組合模式、裝飾器模式的核心意圖、類圖結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵代碼實(shí)現(xiàn)（如橋接的抽象類與實(shí)現(xiàn)類分離、組合的組件接口設(shè)計(jì)、裝飾器的包裝邏輯）。

?三個(gè)模式的典型應(yīng)用場(chǎng)景（如橋接用于跨平臺(tái)適配、組合用于樹形結(jié)構(gòu)管理、裝飾器用于功能動(dòng)態(tài)擴(kuò)展）。

熟悉

?三個(gè)模式與設(shè)計(jì)原則的關(guān)聯(lián)（如橋接符合依賴倒置原則、裝飾器符合開閉原則、組合符合里氏替換原則）。

?模式間的區(qū)別（如橋接關(guān)注分離抽象與實(shí)現(xiàn)，裝飾器關(guān)注功能擴(kuò)展）。

了解

?設(shè)計(jì)模式在開源框架中的應(yīng)用（如JavaIO中的裝飾器模式、SpringAOP中的橋接思想）。

?過(guò)度使用模式的潛在問(wèn)題（如增加代碼復(fù)雜度、降低可讀性）。教學(xué)重點(diǎn)1.橋接模式的核心：抽象（Abstraction）與實(shí)現(xiàn)（Implementor）的分離設(shè)計(jì)，通過(guò)組合替代繼承。

2.組合模式的核心：統(tǒng)一葉子節(jié)點(diǎn)（Leaf）與容器節(jié)點(diǎn)（Composite）的接口，支持遞歸操作。

3.裝飾器模式的核心：通過(guò)包裝對(duì)象（Decorator）動(dòng)態(tài)擴(kuò)展功能，保持接口一致性。

4.模式的典型應(yīng)用場(chǎng)景：橋接（多維度擴(kuò)展）、組合（樹形結(jié)構(gòu)）、裝飾器（功能疊加）。教學(xué)難點(diǎn)1.模式間的區(qū)別與選擇：學(xué)生容易混淆橋接模式（分離抽象與實(shí)現(xiàn)）、組合模式（樹形結(jié)構(gòu)管理）、裝飾器模式（動(dòng)態(tài)擴(kuò)展功能）的核心意圖，需通過(guò)對(duì)比案例強(qiáng)化理解。

2.實(shí)際場(chǎng)景的合理應(yīng)用：學(xué)生可能過(guò)度使用模式或誤用場(chǎng)景（如用裝飾器替代繼承），需引導(dǎo)其結(jié)合單一職責(zé)、開閉原則判斷適用性。

3.復(fù)雜類圖的解析與設(shè)計(jì)：三個(gè)模式均涉及多類協(xié)作（如橋接的抽象類與實(shí)現(xiàn)類、組合的容器與葉子、裝飾器的組件與裝飾者），學(xué)生繪制UML類圖時(shí)易遺漏關(guān)聯(lián)關(guān)系。教學(xué)方法1.案例驅(qū)動(dòng)法：通過(guò)跨平臺(tái)圖形庫(kù)、文件系統(tǒng)、咖啡定制等真實(shí)場(chǎng)景問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)痛點(diǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.UML可視化教學(xué)：結(jié)合類圖、時(shí)序圖動(dòng)態(tài)演示模式結(jié)構(gòu)（如橋接的抽象-實(shí)現(xiàn)分離、組合的樹形遞歸調(diào)用），降低理解難度。

3.對(duì)比分析法：通過(guò)表格對(duì)比三個(gè)模式的意圖、結(jié)構(gòu)、適用場(chǎng)景，幫助學(xué)生建立模式間的區(qū)分邏輯。

4.代碼實(shí)踐引導(dǎo)：展示關(guān)鍵代碼片段（如橋接的DrawAPI接口實(shí)現(xiàn)、組合的Folder遞歸計(jì)算大?。?，講解設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)（如抽象類與接口的選擇）。

5.小組討論：拋出“裝飾器與繼承的優(yōu)缺點(diǎn)”“組合模式中葉子節(jié)點(diǎn)是否需要實(shí)現(xiàn)add()方法”等問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合先修知識(shí)（面向?qū)ο笤瓌t）展開討論。板書設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型模式（一）：橋接、組合、裝飾器

一、核心概念

結(jié)構(gòu)型模式：通過(guò)類/對(duì)象組合，構(gòu)建靈活、可復(fù)用的結(jié)構(gòu)。

二、模式對(duì)比

|模式|意圖|關(guān)鍵結(jié)構(gòu)|場(chǎng)景示例|

|||||

|橋接|分離抽象與實(shí)現(xiàn)|Abstraction→Implementor|跨平臺(tái)圖形庫(kù)|

|組合|統(tǒng)一部分與整體操作|Component（Leaf/Composite）|文件系統(tǒng)|

|裝飾器|動(dòng)態(tài)擴(kuò)展功能|Decorator→Component|咖啡定制|

三、關(guān)鍵代碼片段

?橋接：Shape類持有DrawAPI接口，調(diào)用draw()方法。

?組合：Folder類維護(hù)List<FileSystemComponent>，遞歸計(jì)算大小。

?裝飾器：MilkDecorator繼承CoffeeDecorator，重寫cost()方法。

四、設(shè)計(jì)原則關(guān)聯(lián)

橋接（依賴倒置）、組合（里氏替換）、裝飾器（開閉）。教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、課程導(dǎo)入（問(wèn)題驅(qū)動(dòng)）

展示三個(gè)典型軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題：

?問(wèn)題1：開發(fā)跨平臺(tái)圖形庫(kù)（Windows/macOS），需支持矩形、圓形繪制，傳統(tǒng)繼承導(dǎo)致類爆炸（如WindowsRectangle、macOSRectangle等）。

?問(wèn)題2：設(shè)計(jì)文件系統(tǒng)（文件/文件夾），需統(tǒng)一操作（如計(jì)算總大?。苯舆f歸調(diào)用易導(dǎo)致代碼重復(fù)。

?問(wèn)題3：實(shí)現(xiàn)咖啡定制（基礎(chǔ)咖啡+加奶/加糖/加奶油），若用繼承會(huì)因組合過(guò)多產(chǎn)生“類爆炸”（如MilkCoffee、SugarCoffee等）。

引導(dǎo)學(xué)生思考：如何通過(guò)設(shè)計(jì)模式解決上述問(wèn)題？引出“結(jié)構(gòu)型模式”主題。

二、橋接模式（BridgePattern）

1.模式意圖

將抽象部分與實(shí)現(xiàn)部分分離，使它們可以獨(dú)立變化。核心是“解耦抽象與實(shí)現(xiàn)”，避免繼承導(dǎo)致的強(qiáng)綁定。

2.結(jié)構(gòu)分析

?抽象類（Abstraction）：定義高層接口（如Shape），持有實(shí)現(xiàn)類（Implementor）的引用。

?擴(kuò)展抽象類（RefinedAbstraction）：抽象類的子類（如Circle、Rectangle），細(xì)化接口。

?實(shí)現(xiàn)類接口（Implementor）：定義實(shí)現(xiàn)部分的接口（如DrawAPI）。

?具體實(shí)現(xiàn)類（ConcreteImplementor）：實(shí)現(xiàn)類接口的具體子類（如WindowsDrawAPI、MacOSDrawAPI）。

3.代碼示例

以跨平臺(tái)圖形庫(kù)為例，展示Shape（抽象類）與DrawAPI（實(shí)現(xiàn)類接口）的分離設(shè)計(jì)。通過(guò)UML類圖演示Shape調(diào)用DrawAPI的繪制方法，不同平臺(tái)的DrawAPI實(shí)現(xiàn)具體繪制邏輯。

4.適用場(chǎng)景

?當(dāng)抽象與其實(shí)現(xiàn)需要獨(dú)立擴(kuò)展時(shí)（如多平臺(tái)適配）。

?避免繼承導(dǎo)致的類數(shù)量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)時(shí)（如“平臺(tái)+圖形類型”組合）。

三、組合模式（CompositePattern）

1.模式意圖

將對(duì)象組合成樹形結(jié)構(gòu)以表示“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu)，使客戶端對(duì)單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象的使用具有一致性。核心是“統(tǒng)一葉子節(jié)點(diǎn)與容器節(jié)點(diǎn)的操作”。

2.結(jié)構(gòu)分析

?組件（Component）：定義葉子節(jié)點(diǎn)和容器節(jié)點(diǎn)的公共接口（如FileSystemComponent），包含add()、remove()、getSize()等方法。

?葉子節(jié)點(diǎn)（Leaf）：無(wú)子節(jié)點(diǎn)的組件（如File），實(shí)現(xiàn)具體操作（如計(jì)算文件大?。?/p>

?容器節(jié)點(diǎn)（Composite）：包含子組件的組件（如Folder），管理子組件并實(shí)現(xiàn)遞歸操作（如計(jì)算文件夾總大?。?。

3.代碼示例

以文件系統(tǒng)為例，定義FileSystemComponent接口，F(xiàn)ile類（葉子）實(shí)現(xiàn)getSize()返回自身大小，F(xiàn)older類（容器）維護(hù)子組件列表，getSize()方法遍歷子組件并累加大小。通過(guò)遞歸調(diào)用演示“統(tǒng)一操作”特性。

4.適用場(chǎng)景

?表示對(duì)象的部分-整體層次結(jié)構(gòu)（如組織架構(gòu)、菜單系統(tǒng)）。

?需要統(tǒng)一處理單個(gè)對(duì)象和組合對(duì)象（如批量刪除、統(tǒng)計(jì)）。

四、裝飾器模式（DecoratorPattern）

1.模式意圖

動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象添加一些額外的職責(zé)，相比繼承更靈活。核心是“組合優(yōu)于繼承”，通過(guò)包裝對(duì)象實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

2.結(jié)構(gòu)分析

?組件（Component）：定義對(duì)象的核心接口（如Coffee）。

?具體組件（ConcreteComponent）：組件的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)（如BasicCoffee）。

?裝飾器（Decorator）：持有組件引用，實(shí)現(xiàn)與組件相同的接口（如CoffeeDecorator）。

?具體裝飾器（ConcreteDecorator）：裝飾器的子類（如MilkDecorator、SugarDecorator），添加額外功能（如加奶后調(diào)整價(jià)格）。

3.代碼示例

以咖啡定制為例，BasicCoffee實(shí)現(xiàn)cost()返回基礎(chǔ)價(jià)格。MilkDecorator繼承CoffeeDecorator，重寫cost()方法返回“基礎(chǔ)價(jià)格+奶的價(jià)格”。通過(guò)鏈?zhǔn)秸{(diào)用（如newMilkDecorator(newSugarDecorator(newBasicCoffee()))）演示動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

4.適用場(chǎng)景

?需要?jiǎng)討B(tài)、透明地為對(duì)象添加職責(zé)（如日志記錄、權(quán)限驗(yàn)證）。

?避免因功能組合導(dǎo)致的子類爆炸（如“咖啡+奶+糖”的多種組合）。

五、模式對(duì)比與總結(jié)

通過(guò)表格對(duì)比三個(gè)模式的核心差異：

|模式|核心意圖|結(jié)構(gòu)特點(diǎn)|典型應(yīng)用場(chǎng)景|

|||||

|橋接模式|分離抽象與實(shí)現(xiàn)|抽象類持有實(shí)現(xiàn)類引用|跨平臺(tái)適配、多維度擴(kuò)展|

|組合模式|統(tǒng)一部分與整體操作|樹形結(jié)構(gòu)，組件接口統(tǒng)一|文件系統(tǒng)、組織架構(gòu)|

|裝飾器模式|動(dòng)態(tài)擴(kuò)展對(duì)象功能|裝飾器與組件接口一致|功能疊加、運(yùn)行時(shí)擴(kuò)展|

強(qiáng)調(diào)：結(jié)構(gòu)型模式的本質(zhì)是“通過(guò)類/對(duì)象組合，構(gòu)建更靈活的結(jié)構(gòu)”，需結(jié)合SOLID原則（如開閉原則、依賴倒置）選擇模式。分析橋接模式在跨平臺(tái)應(yīng)用中的案例實(shí)現(xiàn)

通過(guò)UML圖繪制組合模式的文件系統(tǒng)案例

用裝飾器模式改造現(xiàn)有咖啡訂單代碼掌握抽象與實(shí)現(xiàn)解耦的核心思想

理解樹形結(jié)構(gòu)中的部分-整體關(guān)系處理

掌握動(dòng)態(tài)擴(kuò)展對(duì)象功能的實(shí)現(xiàn)方式70分鐘

70分鐘

40分鐘課堂小結(jié)本次課圍繞結(jié)構(gòu)型模式中的橋接模式、組合模式、裝飾器模式展開：

?橋接模式通過(guò)分離抽象與實(shí)現(xiàn)，解決多維度擴(kuò)展導(dǎo)致的類爆炸問(wèn)題（如跨平臺(tái)適配）。

?組合模式通過(guò)統(tǒng)一葉子節(jié)點(diǎn)與容器節(jié)點(diǎn)的接口，簡(jiǎn)化樹形結(jié)構(gòu)的操作（如文件系統(tǒng)管理）。

?裝飾器模式通過(guò)動(dòng)態(tài)包裝對(duì)象，靈活擴(kuò)展功能（如咖啡定制）。

重點(diǎn)需掌握三個(gè)模式的結(jié)構(gòu)、核心意圖及典型場(chǎng)景，難點(diǎn)在于模式間的區(qū)別與實(shí)際項(xiàng)目中的合理選擇。后續(xù)需通過(guò)實(shí)驗(yàn)（如用橋接模式重構(gòu)圖形庫(kù)）強(qiáng)化應(yīng)用能力。作業(yè)布置課后作業(yè)

基礎(chǔ)題（必做）

1.繪制橋接模式、組合模式、裝飾器模式的UML類圖（要求包含所有參與者及關(guān)聯(lián)關(guān)系）。

2.簡(jiǎn)述三個(gè)模式的核心區(qū)別（從意圖、結(jié)構(gòu)、適用場(chǎng)景三方面）。

實(shí)踐題（選做1題）

?題1：使用橋接模式重構(gòu)“跨平臺(tái)按鈕組件”（支持Windows/macOS，按鈕類型包括普通按鈕、圖標(biāo)按鈕）。

?題2：使用組合模式設(shè)計(jì)“電商商品分類系統(tǒng)”（支持商品（葉子）和分類（容器），需實(shí)現(xiàn)“計(jì)算分類總商品數(shù)”功能）。

?題3：使用裝飾器模式實(shí)現(xiàn)“視頻播放器功能擴(kuò)展”（基礎(chǔ)功能：播放；擴(kuò)展功能：倍速、彈幕、下載）。

拓展題（可選）

查閱JavaIO源碼（如FileInputStream、BufferedInputStream），分析其中裝飾器模式的應(yīng)用，撰寫500字分析報(bào)告。課后反思1.預(yù)設(shè)難點(diǎn)應(yīng)對(duì)：學(xué)生可能混淆裝飾器與適配器（均涉及包裝），需在下次課增加對(duì)比案例（如適配器修改接口，裝飾器擴(kuò)展功能）。

2.案例有效性：跨平臺(tái)圖形庫(kù)、文件系統(tǒng)等案例貼近學(xué)生認(rèn)知，但部分學(xué)生對(duì)“模式如何解決實(shí)際問(wèn)題”的理解仍需加強(qiáng)，后續(xù)可增加“劣質(zhì)設(shè)計(jì)→模式改進(jìn)”的代碼對(duì)比演示。

3.互動(dòng)效果：小組討論中部分學(xué)生參與度不足，需優(yōu)化問(wèn)題設(shè)計(jì)（如結(jié)合學(xué)生熟悉的游戲系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題），提升興趣。

4.實(shí)踐反饋：觀察實(shí)驗(yàn)作業(yè)完成情況，若發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生在繪制類圖時(shí)遺漏關(guān)聯(lián)關(guān)系，需補(bǔ)充UML繪圖規(guī)范的針對(duì)性講解。

結(jié)構(gòu)型模式（二）與行為型模式（命令）教案設(shè)計(jì)題目：結(jié)構(gòu)型模式（二）與行為型模式（命令）（外觀模式，享元模式，代理模式，命令模式）授課時(shí)長(zhǎng)：4學(xué)時(shí)（180分鐘）授課班級(jí)：23級(jí)軟件工程班主講教師：XXX學(xué)情分析23級(jí)軟件工程專業(yè)（大二下學(xué)期）學(xué)生已完成《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》《UML與軟件建模》等先修課程，具備以下特點(diǎn)：

?知識(shí)基礎(chǔ)：熟悉類、接口、繼承等面向?qū)ο蟾拍?，能閱讀UML類圖，掌握基礎(chǔ)Java編程（如集合、反射）。

?能力現(xiàn)狀：具備簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，但對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的模塊化、可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足；能編寫功能代碼，但對(duì)“壞代碼”（如重復(fù)代碼、緊耦合）的敏感度較低。

?學(xué)習(xí)需求：渴望通過(guò)設(shè)計(jì)模式提升代碼質(zhì)量，但易混淆模式間的差異（如代理模式與外觀模式的區(qū)別）；對(duì)模式的實(shí)際應(yīng)用（如框架中的使用）興趣濃厚，但缺乏源碼分析經(jīng)驗(yàn)。

?學(xué)習(xí)特點(diǎn)：邏輯思維較強(qiáng)，偏好“案例+代碼”的直觀教學(xué)；小組協(xié)作能力較好，適合通過(guò)討論加深理解。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)

掌握（核心目標(biāo)）

?掌握外觀模式、享元模式、代理模式、命令模式的結(jié)構(gòu)（類圖）、核心角色（如享元工廠、命令接口）及適用場(chǎng)景。

?掌握四種模式的代碼實(shí)現(xiàn)方法（如代理模式的靜態(tài)代理編寫、命令模式的撤銷功能實(shí)現(xiàn)）。

?掌握模式與設(shè)計(jì)原則的對(duì)應(yīng)關(guān)系（如外觀模式符合迪米特法則）。

熟悉（進(jìn)階目標(biāo)）

?熟悉模式在實(shí)際框架中的應(yīng)用（如Spring的JdbcTemplate對(duì)應(yīng)外觀模式）。

?熟悉多模式組合應(yīng)用的場(chǎng)景（如代理模式與命令模式結(jié)合實(shí)現(xiàn)操作日志記錄）。

了解（擴(kuò)展目標(biāo)）

?了解享元模式的性能優(yōu)化邊界（如對(duì)象共享的內(nèi)存成本與計(jì)算成本權(quán)衡）。

?了解動(dòng)態(tài)代理（如CGLIB）與JDK動(dòng)態(tài)代理的差異（如是否需要接口）。教學(xué)重點(diǎn)1.外觀模式的核心：通過(guò)統(tǒng)一接口封裝子系統(tǒng)，降低客戶端復(fù)雜度。

2.享元模式的核心：區(qū)分內(nèi)部狀態(tài)（共享）與外部狀態(tài)（傳入），通過(guò)工廠管理共享池。

3.代理模式的核心：控制對(duì)真實(shí)對(duì)象的訪問(wèn)，擴(kuò)展額外功能（如日志、權(quán)限）。

4.命令模式的核心：將請(qǐng)求封裝為對(duì)象，解耦調(diào)用者與接收者，支持撤銷/重做。

5.模式適用場(chǎng)景：各模式解決的典型問(wèn)題（如代理模式用于遠(yuǎn)程調(diào)用，命令模式用于撤銷操作）。教學(xué)難點(diǎn)1.享元模式中內(nèi)部狀態(tài)與外部狀態(tài)的區(qū)分及共享對(duì)象的管理策略；2.代理模式中動(dòng)態(tài)代理（如JDK動(dòng)態(tài)代理與CGLIB代理）的實(shí)現(xiàn)原理及與靜態(tài)代理的差異；3.命令模式中請(qǐng)求封裝的靈活性設(shè)計(jì)（如宏命令、撤銷操作）與調(diào)用者-接收者的解耦邏輯；4.多模式組合應(yīng)用時(shí)的場(chǎng)景適配（如代理模式與外觀模式的協(xié)同使用）。教學(xué)方法1.案例驅(qū)動(dòng)法：通過(guò)“文件處理系統(tǒng)”“文本編輯器”等貼近軟件工程實(shí)踐的案例，演示模式的應(yīng)用流程（問(wèn)題→劣質(zhì)設(shè)計(jì)→模式改進(jìn)）。

2.代碼對(duì)比分析法：展示未使用模式的冗余代碼與使用模式后的簡(jiǎn)潔代碼，對(duì)比講解模式優(yōu)勢(shì)（如代理模式的靜態(tài)代理與動(dòng)態(tài)代理代碼對(duì)比）。

3.小組討論法：組織討論“享元模式在游戲場(chǎng)景中的應(yīng)用”“命令模式如何實(shí)現(xiàn)撤銷功能”，引導(dǎo)學(xué)生自主分析模式結(jié)構(gòu)。

4.UML圖示法：通過(guò)類圖、序列圖直觀展示模式結(jié)構(gòu)（如命令模式的調(diào)用者-命令-接收者協(xié)作關(guān)系）。

5.框架源碼解析法：結(jié)合Spring的JdbcTemplate（外觀模式）、MyBatis的Mapper代理（代理模式），分析模式在工業(yè)級(jí)框架中的實(shí)際應(yīng)用。板書設(shè)計(jì)板書設(shè)計(jì)

主標(biāo)題：結(jié)構(gòu)型模式（二）與行為型模式（命令）

一、結(jié)構(gòu)型模式

1.外觀模式

?意圖：簡(jiǎn)化子系統(tǒng)調(diào)用

?結(jié)構(gòu)：Facade→Subsystem1~n

?示例：FileFacade→Compressor/Encryptor/FileSaver

2.享元模式

?意圖：復(fù)用細(xì)粒度對(duì)象

?關(guān)鍵：內(nèi)部狀態(tài)（共享）vs外部狀態(tài)（傳入）

?結(jié)構(gòu)：FlyweightFactory（Map<Key,Flyweight>）

?示例：CharacterFactory→'A'/'B'字符對(duì)象

3.代理模式

?意圖：控制訪問(wèn)，擴(kuò)展功能

?分類：靜態(tài)代理（編譯期）vs動(dòng)態(tài)代理（運(yùn)行時(shí)）

?結(jié)構(gòu)：Proxy→RealSubject

?示例：UserServiceProxy→UserServiceImpl

二、行為型模式

4.命令模式

?意圖：封裝請(qǐng)求，解耦調(diào)用者與接收者

?結(jié)構(gòu)：Invoker→Command→Receiver

?關(guān)鍵方法：execute()/undo()

?示例：Button→InsertCommand→TextEditor

三、模式對(duì)比

|模式|核心解決問(wèn)題|典型應(yīng)用場(chǎng)景|

||||

|外觀模式|子系統(tǒng)調(diào)用簡(jiǎn)化|分層架構(gòu)接口封裝|

|享元模式|對(duì)象內(nèi)存優(yōu)化|大量相似對(duì)象場(chǎng)景|

|代理模式|訪問(wèn)控制與擴(kuò)展|遠(yuǎn)程調(diào)用、權(quán)限校驗(yàn)|

|命令模式|請(qǐng)求解耦與撤銷|編輯器撤銷、任務(wù)隊(duì)列|教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)教學(xué)意圖時(shí)間一、結(jié)構(gòu)型模式（二）

1.外觀模式（FacadePattern）

定義：為子系統(tǒng)中的一組接口提供一個(gè)統(tǒng)一的高層接口，使得子系統(tǒng)更易使用。

核心結(jié)構(gòu)：包含外觀角色（提供統(tǒng)一接口）、子系統(tǒng)角色（具體功能實(shí)現(xiàn)類）。

適用場(chǎng)景：當(dāng)需要簡(jiǎn)化復(fù)雜子系統(tǒng)的調(diào)用流程（如文件管理系統(tǒng)中集成壓縮、加密、存儲(chǔ)模塊）；當(dāng)需要分層設(shè)計(jì)，為外層提供穩(wěn)定接口（如MVC架構(gòu)中Service層對(duì)DAO層的封裝）。

代碼示例：以“文件處理子系統(tǒng)”為例，定義Compressor（壓縮）、Encryptor（加密）、FileSaver（存儲(chǔ)）三個(gè)子系統(tǒng)類，通過(guò)FileFacade外觀類整合processFile()方法，客戶端僅需調(diào)用cessFile()即可完成“壓縮→加密→存儲(chǔ)”全流程。

實(shí)際應(yīng)用：Spring框架中的JdbcTemplate（封裝JDBC連接、執(zhí)行、關(guān)閉等復(fù)雜操作）；Android開發(fā)中的MediaPlayer（封裝音頻播放的底層API）。

2.享元模式（FlyweightPattern）

定義：通過(guò)共享技術(shù)有效支持大量細(xì)粒度對(duì)象的復(fù)用，減少內(nèi)存占用。

核心概念：內(nèi)部狀態(tài)（不變，存儲(chǔ)于享元對(duì)象中）、外部狀態(tài)（可變，由客戶端傳入）。

結(jié)構(gòu)：抽象享元（定義接口）、具體享元（實(shí)現(xiàn)內(nèi)部狀態(tài)）、享元工廠（管理共享池）。

適用場(chǎng)景：系統(tǒng)中存在大量相似對(duì)象（如文本編輯器的字符對(duì)象）；對(duì)象的大部分狀態(tài)可外部化（如游戲中的棋子顏色固定，位置可變）。

代碼示例：以“字符渲染系統(tǒng)”為例，定義CharacterFlyweight接口，