软件设计模式与软件重构实战训练营 暨工信部教考中心软件设计高级工程师认证

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第1-2天

软件设计模式授课内容

第一部分 高质量软件设计

第一章

什么是高质量的软件设计

情景剧：软件设计焦虑症

1. 上次的设计太糟糕了，痛下决心以后要好好设计

2. 再次进行软件设计时却不知道该怎样设计

1） 思考了很多，不知如何下手

2） 需求一变更，重新回到了糟糕的状态

探讨：如何进行高质量的软件设计

什么是高质量的软件设计

1. 软件的质量保证：内部质量与外部质量

2. 高质量软件设计的标准：易读、易于维护、易于变更

第二章

软件设计原则

易于阅读：

1. 规范代码、编写注释与表明动机

案例：代码编写范例与简便易行的方法

2. 领域驱动设计

易于维护与变更

1. 互联网+带来的挑战

1） 系统需要不断地技术升级与改造

2） 传统行业必须向互联网转型

3） 但技术变革不是换零件那么简单

4） 剖析应对技术变革的方案

2. 案例讲解软件设计原则

1） 低耦合

a. 依赖反转原则（DIP）

案例：购票业务类与数据访问类

b. 开放-封闭原则（OCP）

案例：需求变更与可扩展点设计

案例：Square/Circle的解决方案

c. 里氏替换原则（LSP）

案例：Rectangle/Square的问题

案例：查询参数传递类的问题

2） 高内聚

案例：评审系统的设计

a. 单一职责原则（SRP）

案例：财务凭证变更带来的问题

案例：超级大函数与大对象的难题

案例：MySQL读写分离的改造过程

b. 信息专家模式

c. 不要重复自己原则（DRY）

典型的代码重复案例

探讨代码复用的难题

探讨软件设计模式：

1. 设计模式的由来

2. 设计模式的发展

3. 设计模式对高质量软件设计的作用

第二部分 软件设计模式

第三章

适配器模式

什么是适配器模式

1. 软件设计中外部接口的难题

2. 第三方框架带来的设计难题

3. 适配器模式及其概念

适配器模式的应用

1. 适配器模式解决第三方框架带来的难题

案例：Hibernate适配器的设计

2. 适配器模式解决外部接口的设计难题

案例：第三方支付接口的设计

案例：财务数据接口的设计

第四章

策略模式

什么是策略模式

1. 工资发放功能遇到的难题

1） 工资发放功能最初的设计及其问题

2） 对问题的分析过程及其新的设计思路

2. 策略模式及其概念

策略模式的应用

1. 案例：工资发放功能设计改进的过程

1） 工资发放功能的Java实现

2） 工资发放功能的C++实现

2. 案例：数据导出功能的设计实现

1） 深入理解开放-封闭原则

2） 数据导出功能的变更与改进过程

3. 案例：财务凭证生成功能的设计过程

1） 财务凭证生成功能的初始需求与设计

2） 财务凭证生成功能的扩展与分析过程

3） 财务凭证生成功能的最终设计

4） 深入理解单一职责原则

5） 学习“两顶帽子”的设计方式

练习：财务凭证生成功能的设计与实现

第五章

工厂模式

探讨软件设计中遇到的难题

1. 依赖反转原则的设计难题

2. 开放-封闭原则的设计难题

3. 探讨工厂模式的本质

简单工厂模式

1. 简单工厂模式的C++实现

2. 基于配置的简单工厂模式

3. 剖析简单工厂如何实现依赖反转原则

案例：剖析Spring的beanFactory

4. 解读工厂模式对设计的重大意义

5. 讲解如何创建一个工厂

1） 创建工厂的步骤与关键点

2） 利用Spring框架简化工厂类的设计

案例：数据导出功能的工厂实现

工厂方法模式

1. 工厂方法模式的概念

2. 工厂方法模式的应用

案例：SAX框架的工厂类设计

抽象工厂模式

1. 抽象工厂模式的概念

2. 抽象工厂模式的实现

案例：标签库的设计改进过程

1） 最初的标签库设计

2） 运用简单工厂的标签库设计

3） 运用工厂方法的标签库设计

4） 运用抽象工厂的标签库设计

5） 最终基于配置的标签库设计

第六章

单例模式

什么是单例模式

1. 设计工厂类面临的问题

2. 单例模式及其概念

3. 如何实现单例模式

单例模式的应用

1. 单例模式带来的设计变革

1） 充血模型vs.贫血模型

2） 探讨单例模式与性能问题

2. 单例模式改变了很多软件的设计

第七章

原型模式

什么是原型模式

1. 工厂类在提供产品时遇到的设计问题

2. 原型模式及其概念

原型模式的设计实现

案例：函数调用的无副作用问题

案例：JavsScript中的原型模式

第八章

模板方法模式

什么是模板方法模式

1. 煮咖啡给我们的启示

2. 设计工厂类的新思路

3. 模板方法模式及其概念

模板方法模式的作用与技巧

案例：一个工厂模板的设计与实现

深入理解不要重复自己原则

1. 重复代码带来的严重后果

2. 散弹式修改及其解决思路

3. 探讨实现代码复用的难题

4. 代码复用在不同场合采用的方法

5. 模板方法模式在代码复用中的作用

第九章

装饰者模式

什么是装饰者模式

1. 业务量增长带来的多数据源问题

2. 运用装饰者模式巧妙解决多数据源问题

3. 装饰者模式及其概念

装饰者模式的应用

案例：多数据源的设计实现

1. 多数据源问题的分析设计过程

2. 多数据源的设计与实现

案例：商城收银系统的设计变更过程

1. 商城收银系统期初的设计

2. 混合策略的设计与实现

3. 多层装饰者的设计与实现

重新理解里氏替换原则

1. 透明的功能扩展

2. 里氏替换原则

练习：商场收银系统的2种设计与实现

第十章

桥接模式

什么是桥接模式

1. 对象继承的泛滥

2. 桥接模式及其概念

桥接模式的应用

案例：员工管理与工资发放的设计

1. 员工管理与工资发放带来的继承泛滥问题

2. 采用桥接模式的设计与实现

案例：查询支持类的设计

1. 查询支持类遭遇的继承泛滥问题

2. 查询支持类的解决方案

3. 单例模式下查询支持类的设计

深入体会单一职责原则

第十一章

享元模式

什么是享元模式

1. Hibernate是怎样访问数据的

2. 享元模式及其概念

享元模式的应用

案例：数据缓存的设计实现

案例：享元模式在大数据中的应用

第十二章

其它设计模式

观察者模式：JobHunter的情景剧

代理模式：老板与秘书的差异

命令模式：像工作流一样处理业务

外观模式：超级家庭影院的烦恼

构建器模式：SQL Builder的设计

组合模式：如何构建一棵树

中介者模式：QQ在沟通中的作用

迭代器模式：如何顺序访问一个集合

第2-4天

软件重构实战授课内容

第一部分 为什么软件需要及时重构

第一单元

剖析软件质量不断下降的根源

质量不断下降的表现：

1. 程序代码越来越乱

2. 软件维护成本越来越高

3. 软件变更越来越困难

4. 无法进行新技术的改造

以往采取的措施：

1. 头痛医头，脚痛医脚

2. 抛弃掉重新编写

3. 因担心未来变化而做的过度设计

带来的问题

1. 团队成员越来越多但效率却越来越低

2. 测试变得越来越困难而任务繁重

3. 软件系统越来越笨重而不适应未来变化

分析与反思

案例分析：一个遗留系统的演化过程

1. 起初的设计

2. 随后的变更

3. 质量不断下降的过程

软件质量下降的根源：

1. 软件总是因变更而变得越来越复杂

2. 软件结构已经不再适应复杂的软件需求

3. 必须要调整软件结构以适应新的软件需求

软件是因需求变更而质量下降吗？

案例分析：推演软件变更的设计过程

应对软件变更的最佳方式：两顶帽子

1. 重构原有代码以适应新的需求

2. 实现新的需求

案例：演示两顶帽子的设计过程

案例：财务凭证生成程序的设计过程

第二单元

高质量的软件设计过程

案例讲解软件设计原则

1. 低耦合

1) 依赖反转原则（DIP）

案例：购票业务类与数据访问类

2) 开放-封闭原则（OCP）

案例：需求变更与可扩展点设计

案例：Square/Circle的解决方案

3) 里氏替换原则（LSP）

案例：Rectangle/Square的问题

案例：查询参数传递类的问题

2. 高内聚

1) 单一职责原则（SRP）

案例：财务凭证变更带来的问题

案例：超级大函数与大对象的难题

案例：MySQL读写分离的改造过程

2) 信息专家模式

3) 不要重复自己原则（DRY）

4) 典型的代码重复案例

5) 探讨代码复用的难题

以往软件设计的过程：

3. 演示以往软件设计的过程

4. 剖析以往软件设计的问题与风险

小步快跑模式的开发过程：

1. 用最快的速度开发一个最核心的功能

2. 让第一个版本运行起来并可以验证

3. 在第一个版本的基础上不断添加功能：

a. 每次只添加一个很简单、很单一的功能

b. 每次以两顶帽子的方式添加新功能

c. 运行、调试与验证

d. 重复这个过程添加下一个功能

4. 复杂的系统就是由一次次正确开发的不断积累而成

案例：演示小步快跑的开发过程

小步快跑解决的问题：

1. 复杂功能有效地解耦

2. 代码编写总是可测试与验证

3. 简化设计与思考的复杂度

4. 适时重构以避免软件退化

案例：数据推送程序的设计过程

第二部分 如何进行软件重构

第三单元

何为重构

软件重构的概念

1. 重构是一系列代码的等量变换

案例：一个Hello World重构过程

2. 重构的保险索：自动化测试

案例：Hello World的自动化测试过程

3. 软件修改的四种动机——重构的价值

4. 一个真实的谎言——重构的误区

5. 重构的主要方法与技巧

案例分析：重构一个大型遗留系统

1. 重构第一步：分解大函数

超级大函数及其危害

案例：演示大函数产生的过程

案例：演示抽取方法操作步骤

实践抽取方法会遇到的问题和解决方案

2. 重构第二步：拆分大对象

超级大对象及其危害

案例：演示超级大对象的产生过程

案例：演示抽取类的操作步骤

讲解单一职责设计原则

案例：演示“分久必合，合久必分”的重构过程

3. 重构第三步：提高复用率

讲解顺序编程及其危害

“不要重复代码”原则

案例：提高代码复用的6个方法

案例：演示新增代码时的代码复用过程

用静态检查工具检查重复代码

4. 重构第四步：可扩展设计

过度设计 vs. 恰如其分的设计

讲解“开放-封闭”的设计原则

案例：讲解可扩展设计的4个方法

案例：讲解新增代码的可扩展设计过程

5. 重构第五步：降低耦合度

案例：讲解接口、实现与工厂模式

案例：讲解外部接口解耦与适配器模式

6. 重构第六步：系统分层

反思软件架构需要怎样的分层结构

遗留系统如何拥抱需求变化

遗留系统如何应对技术变革

7. 重构第七步：领域驱动设计

领域驱动设计的概念

讲解领域模型分析方法

案例：智能温控器分析设计过程（嵌入式+物联网）

1） 最初的领域驱动设计过程

2） 需求变更的领域驱动设计

3） 面向物联网的架构演进

练习：重构一个小程序并编写测试脚本

第四单元

关于重构的讨论

什么时候重构

1. 重构是一种习惯

2. 重构让程序可读

3. 重构，才好复用

4. 先重构，再扩展

5. 紧急任务时的重构

测试的困境

1. 重构初期的困局

2. 解耦与自动化测试

3. 建立自动化测试体系

重构的评价

1. 评价软件质量的指标

2. 评价软件质量的工具