软件架构与功能设计模式解析

### 软件架构与功能设计模式解析 #### 1. 管道 - 过滤器模式 管道 - 过滤器模式用于数据的转换处理。简单的转换示例展示了数据通过一系列过滤器进行处理的过程。而复杂的转换示例则有三个数据源，其中两个数据源的数据可由过滤器 1 处理，过滤器 1 和过滤器 2 之间有管道用于数据传输，数据经过过滤器 2 转换后可由系统逻辑处理。数据源 3 由过滤器 A 读取后传输到过滤器 B 进行转换，最终供系统逻辑处理。 #### 2. 无服务器模式 随着云服务的发展，无服务器架构模式的实现越来越普遍。无服务器架构模式不使用专用的本地服务器，相关组件由第三方云服务管理，主要提供商有 Amazon、Google、Microsoft、IBM 和 Oracle。 - **优点**： - 成本效益高 - 可扩展性强 - 灵活性高 - 升级、更改和部署速度快 - 应用程序更接近终端用户区域运行 - **缺点**： - 失去控制感 - 难以在不同云服务解决方案之间切换 - 可能存在性能问题（如多延迟） 无服务器架构模式有多种实现方式： | 实现方式 | 说明 | | ---- | ---- | | IaaS 实现 | 本地组织和 IaaS 提供商职责明确划分，服务器和网络由 IaaS 提供商负责 | | PaaS 实现 | 云服务提供商承担更多责任，本地员工只需管理数据和应用程序 | | SaaS 实现 | SaaS 提供商承担全部责任，本地只需使用互联网浏览器访问软件服务 | | BaaS 实现 | 通过浏览器进行客户端本地访问后端管理服务 | | MBaaS 实现 | 通过移动设备和浏览器进行客户端服务访问，常用于企业移动应用 | | FaaS 实现 | 允许按需运行隔离的函数，开发人员专注于功能，其他人关注运行环境，处理速度快 | #### 3. 面向服务模式 面向服务架构模式（SOA）通过方法和规则建立可互操作的服务，常用于设计 Web 服务。这些可互操作的服务具有以下特点： - 独立于其他服务运行 - 处理特定的计算任务 - 可访问其他服务 采用这种模式的好处包括： - 每个服务可独立修改 - 增加系统的灵活性和适应性 - 系统更易于维护 - 单个服务可在多个系统中使用 下面是一个面向服务模式的流程示例： ```mermaid graph LR A[Web 接口] --> B[服务 1] B --> C[服务 2] B --> D[数据库] C --> E[系统逻辑] D --> E ``` #### 4. 基于空间模式 基于空间架构模式旨在避免高负载下的功能崩溃并最大化扩展，常用于基于云的架构。其关键是使用分布式共享内存，具体做法包括： - 消除中央数据库约束 - 实现数据网格 - 在内存中复制数据网格 - 在复制内存中维护应用程序数据 每个处理单元通过中间件与其他处理单元和数据网格相连，处理单元可能包含一个或多个逻辑模块、数据和数据复制引擎。 #### 5. 功能设计模式概述 功能设计模式与函数式编程不同。函数式编程是一种类似数学函数的编程风格，而功能设计模式是使用函数式编程解决计算问题。以下是不同编程方法的比较： | 编程方法 | 描述 | | ---- | ---- | | 函数式编程 | 使用类似数学函数的风格 | | 面向对象编程 | 以对象为中心，对象包含属性和行为 | | 并行编程 | 使用共享内存，进程可同时执行多次 | 函数式设计的关键概念是函数遵循一定规则，例如不修改数据、给定相同参数返回一致结果、存在的目的是提供返回值。 下面是两个示例代码，展示了变量修改和不修改的区别： ```java // 修改变量的示例 void calculateAge(int years) { years = years + 1; } // 不修改变量，返回计算结果的示例 int calculateAge(int years) { return years + 1; } ``` 使用函数式方法的优点包括易于调试和可将函数作为参数传递，缺点包括代码复杂度高、可读性差和应用性能问题。 #### 6. 执行环绕设计模式 执行环绕功能设计模式用于处理有固定前置和后置处理的流程。将前置和后置处理代码封装在需要这些操作的对象中，而不是包含在使用该对象的类中，避免了代码的重复。 例如，在处理电子文件的银行系统中，每个文件代表一个交易，有大量不同类型的交易。可以使用以下语法实现银行交易系统： ```java Transaction preProcessDuring: [this performBankingOperation: Transaction] ``` #### 7. Lambda 设计模式 Lambda 功能在 Java 8 中引入，改变了 Java 编程的格局。Lambda 函数也称为匿名函数，可作为参数传递给其他函数。Lambda 函数由单个参数、箭头运算符和主体三部分组成，并且有一系列规则： - 如果参数类型明确声明，必须用括号括起来 - 主体只能调用单个方法 - 主体必须返回结果 - 单参数主体无需大括号和分号 - 多参数主体需要大括号和分号 - 不能重新声明局部变量 Lambda 函数的语法如下： ```java (argument) -> (body) ``` 示例代码： ```java // 示例 1 a->a.canHop(); // 示例 2 (Animal a)->{return a.canHop();} ``` ##### 7.1 单参数 Lambda 实现 以下是单参数 Lambda 实现的示例代码： ```java public interface FunctionalGift { void abstractMethod(int number); } public class Driver { public static void main(String[] args) { System.out.println(); FunctionalGift myObject = (int number)->System.out.println (number + " squared is " + (number*number)); myObject.abstractMethod(1); myObject.abstractMethod(2); myObject.abstractMethod(3); myObject.abstractMethod(4); myObject.abstractMethod(5); } } ``` ##### 7.2 多参数 Lambda 实现 多参数 Lambda 实现的示例代码如下： ```java import java.util.Random; import java.util.Scanner; public class Driver { interface FirstFunctionalInterface { int calculation(int a, int b); } interface SecondFunctionalInterface { void displayResults(String message); } private int calculate(int a, int b, FirstFunctionalInterface fi ```