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# 常用软件开发设计模式有哪些
## 引言
在软件开发领域，设计模式（Design Pattern）是解决特定问题的可重用方案。设计模式不是可以直接转换为代码的完整设计，而是描述如何在特定情境下解决常见问题的模板。通过使用设计模式，开发者可以提升代码的可维护性、可扩展性和复用性。本文将详细介绍常用的软件开发设计模式，包括创建型、结构型和行为型三大类。
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## 一、创建型模式（Creational Patterns）
创建型模式关注对象的创建机制，帮助开发者以更灵活的方式创建对象，同时隐藏创建逻辑的具体实现。
### 1. 单例模式（Singleton Pattern）
**核心思想**：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
**应用场景**：配置管理、日志记录、数据库连接池等需要全局唯一实例的场景。
**实现方式**：
```java
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {} // 私有构造器
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
优缺点：
- 优点：节省资源，严格控制访问。
- 缺点：可能引入全局状态，不利于单元测试。
核心思想：定义一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。
应用场景：需要动态生成不同子类对象的场景（如UI组件库）。
实现方式：
interface Product {
void create();
}
class ConcreteProductA implements Product {
@Override
public void create() { System.out.println("Product A"); }
}
abstract class Creator {
abstract Product factoryMethod();
}
class ConcreteCreatorA extends Creator {
@Override
Product factoryMethod() { return new ConcreteProductA(); }
}
核心思想：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而无需指定具体类。
应用场景：跨平台UI库（如Windows/Mac按钮风格切换）。
类图关系：
- 抽象工厂（AbstractFactory）
- 具体工厂（ConcreteFactory1/2）
- 抽象产品（AbstractProductA/B）
- 具体产品（ProductA1/B1等）
核心思想：将复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
应用场景：需要分步构造复杂对象（如SQL查询生成器）。
示例：
class Computer {
private String CPU;
private String RAM;
// 通过Builder设置属性
}
class ComputerBuilder {
private Computer computer = new Computer();
public ComputerBuilder setCPU(String cpu) { ... }
public Computer build() { return computer; }
}
核心思想：通过复制现有对象来创建新对象，而非通过实例化。
应用场景：对象创建成本高（如数据库查询结果克隆）。
实现方式：实现Cloneable接口并重写clone()方法。
结构型模式关注类和对象的组合方式，以形成更大的结构。
核心思想：将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口。
类型：
- 类适配器（通过继承）
- 对象适配器（通过组合）
应用场景：整合不兼容的第三方库。
核心思想：动态地给对象添加额外职责，比继承更灵活。
应用场景：Java I/O流（如BufferedInputStream包装FileInputStream）。
示例：
interface Coffee {
double getCost();
}
class BasicCoffee implements Coffee { ... }
class MilkDecorator implements Coffee {
private Coffee decoratedCoffee;
public MilkDecorator(Coffee coffee) { this.decoratedCoffee = coffee; }
@Override
public double getCost() { return decoratedCoffee.getCost() + 0.5; }
}
核心思想：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
类型：
- 虚拟代理（延迟加载）
- 保护代理（权限控制）
- 远程代理（RPC调用）
示例：Spring AOP中的动态代理。
核心思想：为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口。
应用场景：简化复杂API调用（如支付系统集成）。
核心思想：将对象组合成树形结构以表示”部分-整体”层次结构。
应用场景：文件系统、UI组件树。
核心思想：通过共享技术有效支持大量细粒度对象。
应用场景：字符渲染池、游戏中的粒子系统。
核心思想：将抽象部分与其实现部分分离，使它们可以独立变化。
应用场景：跨平台图形渲染（如OpenGL/Vulkan切换）。
行为型模式关注对象之间的通信和职责分配。
核心思想：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖者自动收到通知。
应用场景：事件处理系统、MVC模型。
Java实现：java.util.Observable类。
核心思想：定义一系列算法，封装每个算法，并使它们可以互换。
应用场景：支付方式选择、排序算法切换。
示例：
interface SortingStrategy {
void sort(int[] data);
}
class QuickSort implements SortingStrategy { ... }
class BubbleSort implements SortingStrategy { ... }
class Context {
private SortingStrategy strategy;
public void setStrategy(SortingStrategy s) { ... }
public void executeSort(int[] data) { strategy.sort(data); }
}
核心思想：将请求封装为对象，从而支持参数化、队列化和日志化请求。
应用场景：GUI操作撤销/重做、任务队列。
核心思想：将请求的发送者和接收者解耦，使多个对象都有机会处理请求。
应用场景：审批流程、异常处理链。
核心思想：允许对象在其内部状态改变时改变它的行为。
应用场景：订单状态流转、游戏角色状态。
核心思想：定义算法骨架，将某些步骤延迟到子类实现。
应用场景：框架中的生命周期钩子（如Spring JdbcTemplate）。
核心思想：将算法与对象结构分离，便于新增操作而不修改类。
应用场景：编译器AST处理、文档格式转换。
核心思想：用一个中介对象来封装一系列对象交互。
应用场景：聊天室、航空管制系统。
核心思想：捕获并外部化对象的内部状态以便后续恢复。
应用场景：游戏存档、事务回滚。
核心思想：提供一种方法顺序访问聚合对象的元素而不暴露其内部表示。
Java实现：java.util.Iterator接口。
设计模式是软件工程经验的结晶，但绝非银弹。开发者应在理解其思想的基础上灵活运用，而非机械套用。建议通过以下步骤深入学习：
1. 阅读《设计模式：可复用面向对象软件的基础》（GoF经典）
2. 分析开源项目（如Spring、JDK）中的模式实现
3. 在实际项目中从小规模应用开始实践
“模式不是发明，而是发现。” —— Christopher Alexander（模式理论先驱） “`
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