软件设计模式

23种软件设计模式详细总结（按三大类划分）

（一）创建型模式：聚焦“对象创建”，解耦对象创建与使用
核心目标：隐藏对象创建的复杂逻辑，让客户端无需关注对象的创建细节，仅专注于对象的使用。共7种模式：
1.单例模式（Singleton）核心思想：确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点。适用场景：全局配置类、日志工具类、数据库连接池等需唯一实例的场景。关键实现：私有构造方法+静态获取实例的方法；需注意线程安全（饿汉式、懒汉式+双重校验锁、静态内部类等实现方式）。
2.工厂方法模式（Factory Method）核心思想：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类，将对象创建延迟到子类。适用场景：产品种类较多，且后续可能扩展新产品的场景（如文档编辑器中不同格式文件的创建）。优势：新增产品时只需新增对应的工厂类，符合开放-封闭原则。
3.抽象工厂模式（Abstract Factory）核心思想：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，无需指定它们的具体类。适用场景：需要创建“产品族”的场景（如不同操作系统下的按钮、文本框等组件组合）。区别于工厂方法：工厂方法专注于单一产品，抽象工厂专注于产品族；扩展产品族较复杂，扩展同产品族的新产品较灵活。
4.建造者模式（Builder）核心思想：将复杂对象的构建过程与表示分离，让同一构建过程可创建不同的表示。适用场景：对象属性较多且部分属性可选（如订单对象、用户信息对象的构建）。优势：简化复杂对象的创建逻辑，客户端可清晰控制对象的构建步骤。
5.原型模式（Prototype）核心思想：通过复制现有对象（原型）来创建新对象，无需重新执行复杂的创建过程。适用场景：对象创建成本高（如数据库查询后的数据对象）、需批量创建相似对象的场景。关键实现：实现克隆接口（浅克隆/深克隆，需注意引用类型属性的复制问题）。
6.简单工厂模式（Simple Factory）核心思想：由一个工厂类统一负责创建所有产品对象，根据传入的参数决定创建哪种产品。适用场景：产品种类较少、变化不频繁的简单场景（如简单的计算器运算类创建）。注意：不属于GoF23种模式，扩展性较差，新增产品需修改工厂类代码，违反开放-封闭原则。
7.多例模式（Multiton）核心思想：确保一个类仅有有限个实例，并提供全局访问点。适用场景：需要限制实例数量的场景（如线程池中的核心线程、固定数量的配置节点）。本质：单例模式的扩展，通过容器管理有限个实例。
（二）结构型模式：聚焦“对象组合/结构”，优化模块间的依赖关系
核心目标：通过合理的对象组合或结构调整，实现模块间的低耦合，提升系统的灵活性和可扩展性。共8种模式：
1.适配器模式（Adapter）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，让原本接口不兼容的类可以协同工作。适用场景：集成第三方组件（接口不匹配）、系统升级后旧接口兼容新接口的场景。分类：类适配器（通过继承实现）、对象适配器（通过组合实现，更推荐，符合合成复用原则）。
2.装饰器模式（Decorator）核心思想：动态地给一个对象添加额外的职责，不改变原对象的结构。适用场景：需要灵活扩展对象功能，且避免使用继承导致的类爆炸问题（如IO流中的BufferedInputStream、DataInputStream）。优势：可动态组合多个装饰器，实现多种功能的叠加。
3.代理模式（Proxy）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。适用场景：权限控制、日志记录、缓存、远程调用（如Spring AOP中的动态代理）。分类：静态代理（编译期生成代理类）、动态代理（运行时生成代理类，如JDK动态代理、CGLIB代理）。
4.外观模式（Facade）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，简化客户端与子系统的交互。适用场景：子系统结构复杂、客户端无需关注子系统内部细节的场景（如电商系统中的“下单”接口，封装了库存检查、支付、物流通知等子系统操作）。优势：降低客户端与子系统的耦合，简化系统使用难度。
5.桥接模式（Bridge）核心思想：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立变化。适用场景：存在多个维度的变化（如产品类型和产品品牌、图形形状和颜色），需避免维度组合导致的类爆炸问题。关键：通过抽象类依赖实现接口，将两个维度的变化解耦。
6.组合模式（Composite）核心思想：将对象组合成树形结构，以表示“部分-整体”的层次关系，让客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性。适用场景：处理树形结构数据（如文件系统的目录结构、组织架构的部门层级）。关键：定义抽象组件类，让叶子节点（单个对象）和容器节点（组合对象）实现统一接口。
7.享元模式（Flyweight）核心思想：运用共享技术有效地支持大量细粒度对象的复用，减少内存占用。适用场景：存在大量相似对象的场景（如围棋棋盘上的棋子、文本编辑器中的字符）。关键：区分对象的内部状态（可共享）和外部状态（不可共享，由客户端传入）。
8.过滤器模式（Filter）核心思想：通过一系列过滤规则对对象集合进行筛选，允许客户端组合多个过滤条件。适用场景：数据筛选场景（如用户列表按年龄、性别、地区多条件筛选）。优势：过滤规则可复用、可组合，提升筛选逻辑的灵活性。
（三）行为型模式：聚焦“对象交互/行为”，规范模块间的通信逻辑
核心目标：定义对象间的交互规则，明确谁来做、做什么、如何做，提升交互逻辑的可复用性和可扩展性。共8种模式：
1.策略模式（Strategy）核心思想：定义一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以相互替换。适用场景：存在多种相似算法，且需要动态切换算法的场景（如支付方式选择、排序算法切换）。优势：算法与客户端解耦，新增算法只需新增策略类，符合开放-封闭原则。
2.观察者模式（Observer）核心思想：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象（主题）的状态发生变化时，所有依赖它的对象（观察者）都会收到通知并自动更新。适用场景：事件通知场景（如消息订阅、UI组件更新、状态同步）。关键：主题维护观察者列表，提供注册、注销和通知接口；观察者实现更新接口。
3.迭代器模式（Iterator）核心思想：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而无需暴露该对象的内部表示。适用场景：需要遍历聚合对象（如列表、集合），且希望隐藏遍历细节的场景（如Java中的Iterator接口）。优势：客户端无需关注聚合对象的内部结构，统一遍历接口。
4.模板方法模式（Template Method）核心思想：定义一个操作的算法骨架，将一些步骤延迟到子类中实现，子类可重定义算法的特定步骤而不改变算法的结构。适用场景：存在多个子类共享相同算法骨架的场景（如流程化操作：数据查询-处理-输出）。关键：抽象类定义模板方法（骨架）和抽象方法（延迟到子类实现的步骤）。
5.命令模式（Command）核心思想：将一个请求封装成一个对象，使你可以用不同的请求对客户进行参数化；支持请求的排队、撤销和重做。适用场景：需要对请求进行记录、撤销/重做、异步处理的场景（如订单操作、遥控器按钮指令）。核心角色：命令接口、具体命令类、调用者、接收者。
6.状态模式（State）核心思想：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。适用场景：对象状态较多，且不同状态下行为不同的场景（如订单状态流转：待支付-待发货-待收货-已完成）。优势：状态转换逻辑集中管理，避免使用大量if-else判断，新增状态只需新增状态类。
7.责任链模式（Chain of Responsibility）核心思想：为请求创建一个接收者对象的链，让请求沿着链传递，直到有一个接收者处理它。适用场景：需要多个对象依次处理请求，且不确定具体处理者的场景（如权限校验链、异常处理链）。优势：请求发送者与接收者解耦，可动态调整责任链的顺序和节点。
解释器模式（Interpreter）核心思想：给定一个语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，使用该解释器来解释语言中的句子。适用场景：需要解析自定义规则或语法的场景（如表达式解析、配置文件语法解析）。注意：语法复杂时会导致类数量激增，维护难度大，仅适用于简单语法场景。