### Java设计模式详解
在软件开发领域，设计模式是一种经过验证的解决方案，它提供了一种通用的方法来解决常见的设计问题。对于Java开发者来说，掌握设计模式尤为重要，因为它们能够帮助开发者编写出更易于维护和扩展的代码。Java设计模式大致可以分为三类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。
#### 创建型模式（5种）
**1. 工厂方法模式**
- **定义**：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。
- **优点**：客户端不必知道所创建的具体产品类名；将产品的实例化推迟到子类。
- **应用场景**：需要根据不同的参数生成不同对象时。
**2. 抽象工厂模式**
- **定义**：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
- **优点**：可以创建一组相关的产品族；易于添加新产品族。
- **应用场景**：需要创建一组相关产品时。
**3. 单例模式**
- **定义**：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
- **优点**：保证系统内存中该类只存在一个实例；可以实现对资源的精细控制。
- **应用场景**：日志文件记录、数据库连接等。
**4. 建造者模式**
- **定义**：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
- **优点**：各个具体的建造者相互独立，使得系统的扩展变得非常容易；可以对构造过程进行更精细的控制。
- **应用场景**：创建复杂的对象或者组件。
**5. 原型模式**
- **定义**：通过复制一个已经存在的实例来创建新实例。
- **优点**：提高创建效率，避免了重复创建相同的对象；减少初始化的时间和空间开销。
- **应用场景**：对象初始化消耗大量资源的情况。
#### 结构型模式（7种）
**1. 适配器模式**
- **定义**：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。
- **优点**：可以复用现有的类；使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。
- **应用场景**：现有类的接口与想要的接口不符时。
**2. 装饰器模式**
- **定义**：动态地给一个对象添加一些额外的职责。
- **优点**：比继承更加灵活；可以给单个对象添加功能，不会影响其他对象。
- **应用场景**：扩展功能时不想修改原有代码的情况。
**3. 代理模式**
- **定义**：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
- **优点**：客户端可以通过代理间接地访问目标对象；可以实现更多的功能。
- **应用场景**：远程代理、虚拟代理等。
**4. 外观模式**
- **定义**：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，本模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。
- **优点**：简化接口；增强易用性。
- **应用场景**：简化复杂的接口。
**5. 桥接模式**
- **定义**：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。
- **优点**：实现细节对客户透明；可以实现系统与实现的分离。
- **应用场景**：实现部分的变化不影响客户端。
**6. 组合模式**
- **定义**：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。
- **优点**：可以方便地处理树形结构；使得客户端可以统一地使用组合对象和单个对象。
- **应用场景**：处理具有层级关系的对象。
**7. 享元模式**
- **定义**：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
- **优点**：大幅度减少内存中对象的数量；可以减少内存中的无用对象。
- **应用场景**：系统中有大量相似对象的情况。
#### 行为型模式（11种）
**1. 策略模式**
- **定义**：定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。
- **优点**：算法可以自由切换；扩展性强。
- **应用场景**：多种算法互斥时。
**2. 模板方法模式**
- **定义**：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。
- **优点**：封装不变部分，扩展可变部分；提取公共部分代码。
- **应用场景**：一次性写出算法的不变部分，并将可变的行为留给子类来实现。
**3. 观察者模式**
- **定义**：定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。
- **优点**：降低类间的耦合程度；扩展容易。
- **应用场景**：事件多级触发机制；多级菜单。
**4. 迭代子模式**
- **定义**：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素,而又不暴露该对象的内部表示。
- **优点**：简化了聚合类；可以在同一个聚合上使用多种方式遍历。
- **应用场景**：访问聚合对象。
**5. 责任链模式**
- **定义**：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。
- **优点**：降低耦合度；增强给对象指派职责的灵活性。
- **应用场景**：有多个对象可以处理一个请求，但是具体由哪个对象处理该请求在运行时刻自动确定。
**6. 命令模式**
- **定义**：将一个请求封装为一个对象，从而使用户可用不同的请求对客户进行参数化。
- **优点**：降低系统耦合度；新的命令可以很容易添加到系统中去。
- **应用场景**：需要支持命令撤销（Undo）的操作。
**7. 备忘录模式**
- **定义**：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。
- **优点**：保持一致性；确保对象在内部状态恢复前不处于部分完成状态。
- **应用场景**：需要保存和恢复数据的场景。
**8. 状态模式**
- **定义**：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。
- **优点**：封装了转换规则；枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。
- **应用场景**：行为随状态改变而改变的对象。
**9. 访问者模式**
- **定义**：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。
- **优点**：符合单一职责原则；优秀的扩展性。
- **应用场景**：对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作“污染”这些对象的类。
**10. 中介者模式**
- **定义**：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。
- **优点**：降低对象之间的耦合度；可以将中介者对象看作是指挥者，有利于将各自的行为分离。
- **应用场景**：对象之间存在复杂的引用关系，它们之间的依赖关系形成了网状结构。
**11. 解释器模式**
- **定义**：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。
- **优点**：易于改变和扩展文法；增加了新的解释表达式的方式。
- **应用场景**：一个简单的语法需要解释的场景。
#### 设计模式遵循的原则
1. **开闭原则**（Open-Close Principle）：对扩展开放，对修改关闭。即软件实体应是可以扩展的，但不可以修改，以便在不修改已有代码的情况下可以扩展功能。
2. **里氏代换原则**（Liskov Substitution Principle）：所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象。这意味着子类可以替换父类出现在任何地方，且不会改变程序的正确性。
3. **依赖倒置原则**（Dependency Inversion Principle）：高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。
4. **接口隔离原则**（Interface Segregation Principle）：客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
5. **迪米特法则**（最少知道原则）（Law of Demeter）：一个对象应该对其他对象尽可能少地了解。这有助于降低系统中各组件之间的耦合度。
6. **合成复用原则**（Composite Reuse Principle）：尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。这样可以减少继承带来的紧耦合性。
理解并熟练应用这些设计模式及其原则可以帮助开发者更好地组织代码结构，提高代码质量和可维护性，同时也能够促进团队成员之间的有效沟通。
