在 .NET 源代碼中，設計模式是常見的編程范式，用于解決經(jīng)典的問題，如對象創(chuàng)建、接口解耦、算法透明等。本文將介紹.NET 源代碼中常見的設計模式及其示例。

創(chuàng)建型模式

創(chuàng)建型模式用于處理對象的創(chuàng)建過程，包括對象的實例化時機、構造方法參數(shù)、實例化過程等。常見的創(chuàng)建型模式有：

• 工廠方法模式 (Factory Method Pattern)
• 抽象工廠模式 (Abstract Factory Pattern)
• 單例模式 (Singleton Pattern)
• 建造者模式 (Builder Pattern)
• 原型模式 (Prototype Pattern)

這些設計模式是.NET 源代碼中的精華所在，在實際開發(fā)中也有廣泛應用。

設計模式和示例

以下是一些 .NET 源代碼中常見的設計模式及其示例：

1、工廠模式

工廠模式 - Factory Pattern 在 .NET 中使用工廠模式來創(chuàng)建對象。例如，以下是 .NET 中使用的一些工廠模式示例：

• 在 System.Data 中，使用 DbProviderFactory 工廠類來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫提供程序；
• 在 System.Net.Sockets 中，使用 SocketFactory 工廠類來創(chuàng)建套接字；
• 在 System.Threading.Tasks.Dataflow 中，使用 DataflowBlockOptions 靜態(tài)工廠方法來創(chuàng)建數(shù)據(jù)流塊。

DbProviderFactory說明和示例

DbProviderFactory 是一個抽象工廠類，提供了一種方式來創(chuàng)建與 ADO.NET 數(shù)據(jù)庫提供程序所支持的特定數(shù)據(jù)源的命令對象、連接對象、數(shù)據(jù)適配器對象和數(shù)據(jù)讀取器對象。 它使得應用程序可以在不直接調(diào)用特定數(shù)據(jù)庫提供程序的情況下與多個數(shù)據(jù)庫提供程序進行交互，從而提高了代碼的可移植性和靈活性。

在 .NET Framework 中，常用的數(shù)據(jù)庫提供程序如 System.Data.SqlClient、System.Data.OracleClient、System.Data.OleDb、System.Data.Odbc 等都繼承自 DbProviderFactory 類，并實現(xiàn)了它的抽象成員，如 CreateCommand(), CreateConnection(), CreateDataAdapter(), CreateParameter() 等，這些成員通過使用特定數(shù)據(jù)庫的 ADO.NET 提供程序，來創(chuàng)建與該數(shù)據(jù)庫所兼容的命令對象、連接對象、數(shù)據(jù)適配器對象和數(shù)據(jù)讀取器對象。

使用 DbProviderFactory 可以避免將應用程序綁定到特定的數(shù)據(jù)庫提供程序，并且它還可以通過簡單地更改配置文件中的設置來切換到另一個數(shù)據(jù)庫提供程序，從而增加了代碼的靈活性。例如，可以在 Web.config 文件中指定與 Oracle 數(shù)據(jù)庫兼容的數(shù)據(jù)庫提供程序，在另一個 config 文件中指定與 SQL Server 數(shù)據(jù)庫兼容的數(shù)據(jù)庫提供程序，然后通過更改配置文件來切換到不同的數(shù)據(jù)庫提供程序。

下面是一個使用 DbProviderFactory 創(chuàng)建 SQL Server 數(shù)據(jù)庫連接對象的示例：

using System;
using System.Configuration;
using System.Data;
using System.Data.Common;
using System.Data.SqlClient;

public class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 獲取數(shù)據(jù)庫提供程序工廠
        DbProviderFactory factory = DbProviderFactories.GetFactory("System.Data.SqlClient");

        // 創(chuàng)建連接對象
        using (DbConnection connection = factory.CreateConnection())
        {
            // 從配置文件中獲取連接字符串
            string connectionString = ConfigurationManager.ConnectionStrings["MyConnectionString"].ConnectionString;

            // 設置連接對象的連接字符串
            connection.ConnectionString = connectionString;

            // 打開連接
            connection.Open();

            Console.WriteLine("連接成功！");

            // 關閉連接
            connection.Close();
        }
    }
}

在這個示例中，我們首先通過
DbProviderFactories.GetFactory() 方法獲取了一個特定的數(shù)據(jù)庫提供程序工廠。然后，我們使用 CreateConnection() 方法創(chuàng)建了一個連接對象，并從配置文件中獲取了一個連接字符串。最后，我們通過調(diào)用 Open() 方法打開連接，并在控制臺輸出了一條連接成功的消息。當使用完連接對象之后，我們應該調(diào)用 Close() 方法關閉連接，以釋放與之關聯(lián)的任何資源。

SocketFactory說明和示例

在 System.Net.Sockets 命名空間中，可以使用 SocketFactory 工廠類來創(chuàng)建套接字。SocketFactory 提供了一些靜態(tài)方法來創(chuàng)建不同類型的套接字，例如 CreateSocket() 方法可以用于創(chuàng)建一個基于 TCP/IP 協(xié)議的套接字實例。

下面是一個使用 SocketFactory 創(chuàng)建套接字的示例：

using System.Net.Sockets;

// 創(chuàng)建一個基于TCP/IP協(xié)議的套接字
Socket tcpSocket = SocketFactory.CreateSocket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

// 設置套接字選項
tcpSocket.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);

在上面的示例中，我們使用了 SocketFactory 工廠類的 CreateSocket 靜態(tài)方法來創(chuàng)建一個基于 TCP/IP 協(xié)議的套接字實例。然后，我們使用 SetSocketOption 方法為套接字設置一些選項，例如重用地址選項等。

需要注意的是，SocketFactory 工廠類雖然提供了方便的套接字創(chuàng)建方法，但在某些情況下可能不夠靈活，無法滿足一些特定需求。這時，可以通過手動創(chuàng)建一個 Socket 實例并設置其屬性和選項來獲得更精細的控制。

DataflowBlockOptions說明和示例

在
System.Threading.Tasks.Dataflow 命名空間中，為了方便使用和創(chuàng)建數(shù)據(jù)流塊，提供了一些靜態(tài)工廠方法來創(chuàng)建常用的數(shù)據(jù)流塊類型，這些工廠方法會返回已經(jīng)設置好一些默認選項的數(shù)據(jù)流塊實例。

這些靜態(tài)工廠方法通常會使用 DataflowBlockOptions 作為參數(shù)，以便為創(chuàng)建的數(shù)據(jù)流塊設置選項。下面是幾個常用的靜態(tài)工廠方法示例：

• TransformBlock<TInput,TOutput>(Func<TInput,TOutput>, DataflowBlockOptions)：創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)換塊，用于從輸入元素中轉(zhuǎn)換出新的輸出元素。
• BroadcastBlock<T>(DataflowBlockOptions)：創(chuàng)建一個廣播塊，它將每個輸入元素廣播到多個目標塊中。
• BufferBlock<T>(DataflowBlockOptions)：創(chuàng)建一個緩沖塊，用于在不同塊之間存儲元素的緩沖區(qū)。
• ActionBlock<T>(Action<T>, DataflowBlockOptions)：創(chuàng)建一個動作塊，用于執(zhí)行某些操作而不生成任何輸出元素。

下面是一個使用靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建數(shù)據(jù)流塊的示例：

using System.Threading.Tasks.Dataflow;

// 創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)換塊，將int類型的輸入轉(zhuǎn)換為double類型的輸出
var transformBlock = new TransformBlock<int, double>(
    input => input * 2.0,   // 轉(zhuǎn)換函數(shù)
    new DataflowBlockOptions()  // 使用DataflowBlockOptions設置選項
    {
        BoundedCapacity = 10,   // 設置緩沖區(qū)大小
        CancellationToken = cancellationToken,   // 設置取消標記
        MaxDegreeOfParallelism = 2   // 設置最大并行度為2
    }
);

在上面的示例中，我們使用了 TransformBlock 靜態(tài)工廠方法來創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)換塊，并將其配置為可以處理 int 類型的輸入，并且將其轉(zhuǎn)換為 double 類型的輸出。同時，我們使用了 DataflowBlockOptions 參數(shù)來設置了一些常用選項，包括了緩沖區(qū)大小、取消標記以及最大并行度等。

2、單例模式

單例模式 - Singleton Pattern 在 .NET 中使用單例模式來創(chuàng)建全局唯一的對象和服務。例如，以下是 .NET 中使用的一些單例模式示例：

• 在 System.Diagnostics 中，使用 TraceSource 類來創(chuàng)建全局唯一的跟蹤源；
• 在 System.Net 中，使用 ServicePointManager 類來創(chuàng)建全局唯一的服務點管理器；
• 在 ASP.NET 中，使用 HttpRuntime 類來創(chuàng)建全局唯一的運行時對象。

TraceSource說明和示例

在 System.Diagnostics 命名空間中，可以使用 TraceSource 類來創(chuàng)建全局唯一的跟蹤源，以便進行跟蹤和調(diào)試工作。

TraceSource 跟蹤源提供了一種跟蹤和記錄應用程序的方式，它具有比 Trace 和 Debug 類更高的靈活性和可配置性。使用 TraceSource 類創(chuàng)建的跟蹤源可以定義多個監(jiān)聽器，每個監(jiān)聽器可以將跟蹤信息記錄到不同的目標，例如控制臺、文本文件、事件日志等。

下面是一個示例，展示如何使用 TraceSource 類創(chuàng)建全局唯一的跟蹤源：

using System.Diagnostics;

// 創(chuàng)建一個名為 "MyApp" 的跟蹤源
TraceSource traceSource = new TraceSource("MyApp");

// 添加一個名稱為 "console" 的 TextWriterTraceListener 監(jiān)聽器
traceSource.Listeners.Add(new TextWriterTraceListener(Console.Out, "console"));

// 啟用跟蹤級別為 Verbose 的跟蹤信息
traceSource.Switch.Level = SourceLevels.Verbose;

// 在跟蹤源上記錄一條信息
traceSource.TraceInformation("Hello, world!");

在上面的示例中，我們首先創(chuàng)建了一個名為 "MyApp" 的跟蹤源，并向其添加了一個名稱為 "console" 的監(jiān)聽器，該監(jiān)聽器將跟蹤信息輸出到控制臺。然后，我們使用 Switch 屬性來啟用跟蹤級別為 Verbose 的跟蹤信息，最后通過 TraceInformation 方法在跟蹤源上記錄了一條信息。

需要注意的是，TraceSource 的使用與 Trace 和 Debug 類相比更加復雜，這是因為它提供了更高的靈活性和可配置性。在實際應用中，應根據(jù)需要選擇適當?shù)母櫡绞胶凸ぞ?，并進行合理的跟蹤級別設置，以避免對應用程序性能和安全造成不必要的影響。

ServicePointManager說明和示例

在 System.Net 命名空間中，可以使用 ServicePointManager 類來創(chuàng)建全局唯一的服務點管理器，以便對 HTTP 連接進行管理和配置。

ServicePointManager 類提供了一種集中式管理服務點的方式，它允許設置一些常見的 HTTP 協(xié)議參數(shù)，例如超時、緩存、安全等級等。使用 ServicePointManager 創(chuàng)建的服務點可以在應用程序范圍內(nèi)共享和重用，從而提高應用程序的性能和可維護性。

下面是一個示例，展示如何使用 ServicePointManager 類創(chuàng)建全局唯一的服務點管理器：

using System.Net;

// 設置默認的最大連接數(shù)和默認連接超時時間
ServicePointManager.DefaultConnectionLimit = 10;
ServicePointManager.DefaultConnectTimeout = 10000;

// 創(chuàng)建一個新的服務點并設置特定的 HTTP 選項
ServicePoint sp = ServicePointManager.FindServicePoint(new Uri("http://www.example.com"));
sp.ConnectionLeaseTimeout = 60000;

// 使用服務點發(fā)送 HTTP 請求
HttpWebRequest request = (HttpWebRequest)WebRequest.Create(new Uri("http://www.example.com"));
HttpWebResponse response = (HttpWebResponse)request.GetResponse();

在上面的示例中，我們首先使用 ServicePointManager 類設置了默認的最大連接數(shù)和連接超時時間。然后，我們創(chuàng)建了一個新的服務點，并設置了該服務點的連接租約超時時間。最后，我們使用該服務點發(fā)送了一個 HTTP 請求。

需要注意的是，ServicePointManager 類提供了一些常見的 HTTP 協(xié)議參數(shù)設置，但是并不適用于所有場景。在實際應用中，應根據(jù)具體的業(yè)務需求和系統(tǒng)環(huán)境來選擇合適的 HTTP 參數(shù)設置方式，并進行適當?shù)卣{(diào)整和優(yōu)化。

HttpRuntime說明和示例

在 ASP.NET 中，可以使用 HttpRuntime 類來創(chuàng)建全局唯一的運行時對象，以便對 ASP.NET 應用程序進行管理和配置。

HttpRuntime 類是 ASP.NET 運行時環(huán)境的核心類之一，它提供了一種集中式管理 ASP.NET 應用程序的方式。使用 HttpRuntime 創(chuàng)建的運行時對象可以訪問和設置一些重要的應用程序參數(shù)，例如應用程序域、路徑映射、編譯器選項等。

下面是一個示例，展示如何使用 HttpRuntime 類創(chuàng)建全局唯一的運行時對象：

using System.Web;

// 獲取全局唯一的 HttpRuntime 對象
HttpRuntime runtime = HttpRuntime.AppDomainAppId == null ? null : HttpRuntime.Instance;

// 輸出當前應用程序域的 ID
string appDomainId = runtime?.AppDomainId;
Console.WriteLine("Current app domain ID: " + appDomainId);

// 輸出當前應用程序的虛擬路徑
string appVirtualPath = runtime?.AppVirtualPath;
Console.WriteLine("Current app virtual path: " + appVirtualPath);

在上面的示例中，我們首先使用 HttpRuntime 類獲取了全局唯一的運行時對象，并輸出了當前應用程序域的 ID 和當前應用程序的虛擬路徑。

需要注意的是，HttpRuntime 類并不適用于所有場景，它主要用于管理和配置 ASP.NET 應用程序本身。在實際應用中，應根據(jù)具體的業(yè)務需求和系統(tǒng)環(huán)境來選擇合適的 ASP.NET 參數(shù)設置方式，并進行適當?shù)卣{(diào)整和優(yōu)化。

3、建造者模式

建造者模式 - Builder Pattern 在 .NET 中，使用建造者模式來創(chuàng)建和組裝復雜對象。例如，以下是 .NET 中使用的一些建造者模式示例：

• 在 ASP.NET Core 中，使用 Startup 類中的 ConfigureServices 和 Configure 方法來組裝 Web 應用程序的服務和中間件；
• 在 Entity Framework 中，使用 DbContextOptionsBuilder 和 DbContext 構造函數(shù)來配置和創(chuàng)建數(shù)據(jù)上下文；
• 在 Prism 中，使用 IUnityContainer 接口和 RegisterType 方法來實現(xiàn)依賴項注入和對象構建。

Startup說明和示例

在ASP.NET Core中，使用 Startup 類中的 ConfigureServices 和 Configure 方法來組裝 Web 應用程序的服務和中間件。

ConfigureServices 方法在應用程序啟動時被調(diào)用，用于注冊應用程序所需的服務。在這個方法中，可以通過依賴注入容器向應用程序添加服務，并配置服務的生命周期、作用域等屬性。

Configure 方法則用于配置應用程序的 HTTP 請求管道。在這個方法中，可以添加各種中間件（Middleware）來處理請求和響應，例如路由、靜態(tài)文件、認證授權、日志記錄等。

下面是一個示例，展示了如何在 Startup 類中使用 ConfigureServices 和 Configure 方法來組裝 Web 應用程序的服務和中間件：

using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Hosting;

public class Startup
{
    // 注冊應用程序所需的服務
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        services.AddControllersWithViews();
        services.AddDbContext<MyDbContext>();
        services.AddTransient<IMyService, MyServiceImpl>();
        services.AddAuthentication();
    }

    // 配置應用程序的 HTTP 請求管道
    public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
    {
        if (env.IsDevelopment())
        {
            app.UseDeveloperExceptionPage();
        }
        else
        {
            app.UseExceptionHandler("/Error");
            app.UseHsts();
        }
        
        app.UseHttpsRedirection();
        app.UseStaticFiles();
        app.UseRouting();
        app.UseAuthentication();
        app.UseAuthorization();
        app.UseEndpoints(endpoints =>
        {
            endpoints.MapControllerRoute(
                name: "default",
                pattern: "{controller}/{action}/{id?}");
        });
    }
}

在上面的示例中，我們定義了一個 Startup 類，并在 ConfigureServices 方法中注冊了一些服務，例如 MVC 控制器、數(shù)據(jù)庫上下文、自定義服務和身份認證等。在 Configure 方法中，我們添加了一些中間件（Middleware），例如開發(fā)者異常頁、HTTPS 重定向、靜態(tài)文件、路由、身份驗證和授權等。

需要注意的是，ASP.NET Core 中的依賴注入容器通常使用泛型主機建立，而不是使用全局唯一的靜態(tài)類。因此，在實際應用中，我們需要使用依賴注入容器的 API 來注冊和解析服務，而不是直接使用靜態(tài)類。

DbContextOptionsBuilder說明和示例

在 Entity Framework 中，使用 DbContextOptionsBuilder 和 DbContext 構造函數(shù)來配置和創(chuàng)建數(shù)據(jù)上下文（DbContext）。

DbContextOptionsBuilder 提供了一種鏈式調(diào)用的方式來配置數(shù)據(jù)上下文的選項，例如數(shù)據(jù)庫連接字符串、日志記錄、緩存策略等。通過 DbContextOptionsBuilder，我們可以靈活地配置數(shù)據(jù)上下文的行為和屬性。

下面是一個示例，展示了如何使用 DbContextOptionsBuilder 來配置數(shù)據(jù)上下文的選項：

using Microsoft.EntityFrameworkCore;

public class MyDbContext : DbContext
{
    public MyDbContext(DbContextOptions<MyDbContext> options) : base(options)
    {
    }

    public DbSet<MyEntity> MyEntities { get; set; }

    protected override void OnConfiguring(DbContextOptionsBuilder optionsBuilder)
    {
        if (!optionsBuilder.IsConfigured)
        {
            optionsBuilder.UseSqlServer("Data Source=(localdb)\\MSSQLLocalDB;Initial Catalog=MyDb;Integrated Security=True;MultipleActiveResultSets=True");
        }
    }
}

在上面的示例中，我們定義了一個繼承自 DbContext 的數(shù)據(jù)上下文類 MyDbContext，并重載了它的構造函數(shù)和 OnConfiguring 方法。在構造函數(shù)中，我們接受了一個 DbContextOptions<MyDbContext> 類型的參數(shù)，并將其傳遞給基類的構造函數(shù)。在 OnConfiguring 方法中，我們檢查當前是否已經(jīng)配置了數(shù)據(jù)庫選項，如果沒有，則使用 SQL Server 數(shù)據(jù)庫連接字符串配置選項。

需要注意的是，在實際應用中，我們通常不會在數(shù)據(jù)上下文中硬編碼數(shù)據(jù)庫連接字符串或其他配置選項，而是通過依賴注入容器和配置文件來進行動態(tài)配置?？梢允褂?IConfiguration 類來讀取應用程序的配置文件，然后將配置選項傳遞給 DbContextOptionsBuilder 的方法中。

在使用數(shù)據(jù)上下文時，我們通常需要使用依賴注入容器來創(chuàng)建和解析數(shù)據(jù)上下文的實例。例如，在 ASP.NET Core 中，我們可以使用內(nèi)置的依賴注入容器（IServiceProvider）來注冊數(shù)據(jù)上下文，并在需要時從容器中解析出實例。

IUnityContainer說明和示例

在 Prism 中，可以使用 IUnityContainer 接口和 RegisterType 方法來實現(xiàn)依賴項注入和對象構建。

IUnityContainer 是 Unity 容器的接口，用于管理對象的生命周期和依賴關系。通過向容器注冊類型并指定其依賴項，我們可以讓容器自動解析對象和依賴項，并在需要時創(chuàng)建和銷毀對象實例。

RegisterType 方法是 IUnityContainer 接口中的一個方法，用于向容器注冊類型并指定其依賴項。通過 RegisterType 方法，我們可以指定對象的生命周期、作用域和其他屬性，并配置容器如何處理對象和依賴項之間的關系。

下面是一個示例，展示了如何使用 IUnityContainer 和 RegisterType 方法來實現(xiàn)依賴項注入和對象構建：

using Microsoft.Practices.Unity;

public class MyService : IMyService
{
    private readonly IDbContext dbContext;
    private readonly ILogger logger;

    public MyService(IDbContext dbContext, ILogger logger)
    {
        this.dbContext = dbContext;
        this.logger = logger;
    }

    public void DoSomething()
    {
        // 使用 dbContext 和 logger 執(zhí)行操作
    }
}

// 在應用程序啟動時注冊服務
var container = new UnityContainer();

container.RegisterType<IDbContext, MyDbContext>(new ContainerControlledLifetimeManager());
container.RegisterType<ILogger, MyLogger>(new TransientLifetimeManager());
container.RegisterType<IMyService, MyService>(new TransientLifetimeManager());

// 在需要使用服務的地方解析服務
var myService = container.Resolve<IMyService>();
myService.DoSomething();

在上面的示例中，我們定義了一個類 MyService，它需要依賴于 IDbContext 和 ILogger 接口。我們使用 RegisterType 方法來向容器注冊這些類型，并指定它們的生命周期為 Singleton 和 Transient。最后，在需要使用服務的地方，我們從容器中解析出實現(xiàn)了 IMyService 接口的對象，并調(diào)用其方法。

需要注意的是，在 Prism 中，通常建議我們使用基于接口的編程和依賴項注入，以便實現(xiàn)松耦合和可測試性?？梢允褂?RegisterInstance 方法來向容器注冊單例對象或配置選項，也可以使用 RegisterFactory 方法來自定義對象創(chuàng)建邏輯。在實際應用中，我們通常會將容器的配置封裝到模塊或組件中，并通過 Prism 模塊化架構來實現(xiàn)靈活的應用程序架構和組織。

4、原型模式

原型模式用于創(chuàng)建與現(xiàn)有對象相似的新對象，而不是通過類的構造函數(shù)或工廠方法創(chuàng)造對象。它適用于創(chuàng)建復雜對象的場景，其中構造函數(shù)的參數(shù)較多或創(chuàng)建對象的過程較為復雜，或者在創(chuàng)建對象的代價較高的情況下，通過復制已有的對象來創(chuàng)建新對象可以提高性能。

在 .NET 源代碼中，有一個和原型模式相關的接口和一個實現(xiàn)。

這個接口就是 System.ICloneable 接口。它定義了一個名為 Clone() 的方法，用于創(chuàng)建當前對象的淺表副本。在使用原型模式時，通常我們會讓對象實現(xiàn) ICloneable 接口，并在 Clone() 方法中返回對象的淺表副本。

下面是一個示例：

public class MyObject : ICloneable
{
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }

    public object Clone()
    {
        return this.MemberwiseClone();
    }
}

在上面的示例中，我們定義了一個類 MyObject，它實現(xiàn)了 ICloneable 接口，并在 Clone() 方法中返回 MemberwiseClone() 的結(jié)果。這個方法會創(chuàng)建并返回一個對象的淺表副本，也就是僅復制對象中的值類型成員和引用類型成員的引用，而不會復制整個對象圖。

需要注意的是，在使用原型模式時，我們通常需要謹慎處理對象中的引用類型成員，以確保副本對象與原始對象的引用類型成員指向正確的對象。另外，由于 Clone() 方法只能創(chuàng)建淺表副本，如果需要深復制對象圖，則需要使用其他的技術或模式來實現(xiàn)，例如序列化和反序列化、手動復制等。

總結(jié)

在使用這些創(chuàng)建型設計模式時，我們需要權衡其優(yōu)缺點，并根據(jù)具體場景進行選擇。同時，我們需要注意代碼的可維護性和擴展性，并盡可能地遵循SOLID原則，以便更好地管理對象的創(chuàng)建過程。