开发者设计模式

设计模式是在软件设计中常见的可复用解决方案的一种用法模板。以下是30个常见的设计模式、对应的应用场景、现实例子以及优缺点：

1. 单例模式（Singleton）：
应用场景：当只需要一个全局实例时。
现实例子：操作系统的文件系统。
优点：节省了系统资源，避免了不必要的实例化。
缺点：可测试性差，扩展性差。

2. 工厂模式（Factory）：
应用场景：在创建对象时需要根据条件返回不同类型的实例。
现实例子：汽车制造工厂。
优点：封装了对象的创建过程，降低了耦合性。
缺点：当需要添加新的产品类型时，需要修改工厂类。

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）：
应用场景：需要创建一组相关或依赖的对象。
现实例子：游戏中的角色创建。
优点：隐藏了具体实现，客户端可以通过抽象接口操纵对象。
缺点：增加新产品族时不容易，需要修改抽象工厂接口。

4. 建造者模式（Builder）：
应用场景：创建复杂对象的步骤较多，需要一步一步创建。
现实例子：房屋施工过程。
优点：将对象的构建过程与表示分离，使得构建过程灵活可变。
缺点：可能需要创建多个具体构建器。

5. 原型模式（Prototype）：
应用场景：需要生成大量拥有相同属性的对象。
现实例子：公共自行车租赁系统。
优点：避免了重复创建相似对象的开销。
缺点：如果对象有复杂的初始化过程，使用原型模式可能并不方便。

6. 适配器模式（Adapter）：
应用场景：需要将一个类的接口转换为另一个类的接口。
现实例子：充电器适配器。
优点：将不兼容的接口转换为兼容接口，提高了代码的复用性。
缺点：增加了代码的复杂性。

7. 桥接模式（Bridge）：
应用场景：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。
现实例子：操作系统与文件系统的桥接。
优点：抽象和实现的分离，易于扩展。
缺点：增加了系统的复杂性。

8. 组合模式（Composite）：
应用场景：需要树状结构表示对象的部分-整体关系。
现实例子：文件系统的目录和文件。
优点：简化了客户端代码，容易添加新的组件。
缺点：限制了组合中各个组件的类型。

9. 装饰者模式（Decorator）：
应用场景：需要动态地为对象添加额外的功能。
现实例子：咖啡店中的配料选择。
优点：可以动态地为对象添加新的功能。
缺点：增加了代码的复杂性。

10. 外观模式（Facade）：
应用场景：将复杂的子系统封装为一个简单的接口。
现实例子：电脑开机的启动流程。
优点：简化了客户端的操作，减少了对子系统的直接调用。
缺点：不符合开闭原则，对子系统的修改可能需要修改外观类。

11. 享元模式（Flyweight）：
应用场景：需要共享对象以减少内存占用的情况。
现实例子：池技术的使用。
优点：减少了对象的创建和销毁，降低了内存的使用。
缺点：需要维护共享对象池，增加了复杂性。

12. 代理模式（Proxy）：
应用场景：需要在访问对象之前进行一些额外的操作。
现实例子：远程调用。
优点：可以在访问对象时做一些额外的处理。
缺点：增加了代码的复杂性。

13. 模板方法模式（Template Method）：
应用场景：在算法的骨架中有一些确定的步骤，但是具体的实现可以有所不同。
现实例子：咖啡和茶的冲泡过程。
优点：将算法的通用部分抽象为模板方法，将具体实现交给子类。
缺点：可能导致继承滥用。

14. 策略模式（Strategy）：
应用场景：需要根据不同的算法来选择不同的处理方式。
现实例子：支付方式的选择。
优点：可以动态地切换策略，减少了条件语句的使用。
缺点：增加了类的数量。

15. 状态模式（State）：
应用场景：需要根据对象的状态来改变其行为。
现实例子：交通信号灯，遥控按钮，将方法封装成类。
优点：将状态的处理逻辑封装在状态类中，易于理解和维护。
缺点：可能导致处理过程的碎片化。

16. 观察者模式（Observer）：
应用场景：需要实现对象之间的一对多的依赖关系。
现实例子：消息订阅系统。
优点：解耦了观察者和被观察者，易于扩展。
缺点：可能导致循环引用。

17. 中介者模式（Mediator）：
应用场景：需要解耦多个对象之间的复杂关系。
现实例子：聊天室中的消息中转。
优点：将多个对象之间的通信集中在中介者中，简化了系统的复杂性。
缺点：可能导致中介者类变得庞大复杂。

18. 备忘录模式（Memento）：
应用场景：需要保存对象的内部状态，以便之后能够恢复到原始状态。
现实例子：文字处理软件中的撤销功能。
优点：封装了对象内部状态的保存和恢复逻辑，简化了客户端代码。
缺点：可能导致资源的消耗过大。

19. 解释器模式（Interpreter）：
应用场景：需要解释和执行一些简单的语言规则。
现实例子：数据库查询语言，数学公式编辑器。
优点：易于扩展和修改语言规则。
缺点：语义解释可能较为复杂。

20. 命令模式（Command）：
应用场景：需要将方法调用封装成对象以进行参数化。
现实例子：遥控器的按钮。
优点：将方法调用解耦，支持撤销和重做操作。
缺点：增加了类的数量。

21. 访问者模式（Visitor）：
应用场景：需要在不改变元素类的情况下，为其添加新的操作。
现实例子：电影票价格计算器。
优点：将操作和元素分离，易于增加新的操作。
缺点：增加了代码的复杂性和访问者类的数量。

22. 责任链模式（Chain of Responsibility）：
应用场景：需要将请求的发送者和接收者解耦。
现实例子：事件的传递和处理链。
优点：解耦了请求的发送者和接收者，可以动态地修改链条的结构。
缺点：可能导致请求被忽略或循环引用。

23. 迭代器模式（Iterator）：
应用场景：需要遍历一个聚合对象。
现实例子：迭代器模式。
优点：封装了聚合对象的遍历过程，提供了不同遍历方式。
缺点：增加了复杂性。

24. 双重检查锁定模式（Double Check Locking）
应用场景：在多线程环境下确保懒加载对象的线程安全。
现实例子：单例模式的多线程情况下的实现。
优点：线程安全，同时又能保持对象的懒加载特性。
缺点：通过双重检查来实现线程安全增加了复杂性。

25. 读写锁模式（Read Write Lock）
应用场景：在读多写少的情况下提高程序的并发性能。
现实例子：数据库的并发访问。
优点：提高了程序的并发性能，加快了读操作的速度。
缺点：增加了代码的复杂性，同时也存在死锁的风险。

26. 保护代理模式（Protection Proxy）
应用场景：在访问对象之前进行身份验证和权限检查。
现实例子：网络安全防火墙。
优点：增加了代码的安全性，提高了系统的稳定性。
缺点：可能导致访问效率的降低。

27. 动态代理模式（Dynamic Proxy）
应用场景：在运行时为对象动态生成代理类。
现实例子：AOP框架中的动态代理功能。
优点：避免了静态代理中需要手动编写代理类的复杂性。
缺点：增加了运行时的开销。

28. 生成器模式（Generator）
应用场景：需要按照一定的步骤生成复杂对象。
现实例子：代码生成器。
优点：将复杂对象的创建步骤分离，易于扩展和维护。
缺点：可能导致生成器类变得庞大复杂。

29. 采购审批流程设计模式
应用场景：需要设计采购审批流程，实现权限控制和流程控制。
现实例子：企业的采购流程。
优点：使采购流程形式化、规范化，提高效率和质量。
缺点：当流程变更时，可能需要修改较多的代码。 

30. 委托模式(Delegation Pattern)

应用场景：需要将某个操作委托给其他对象来完成，可以使用委托模式。
优点：将对象之间的逻辑关系解耦，提高了系统的灵活性和可扩展性。
缺点：需要额外的委托对象。

31. 门面模式(Facade Pattern)
应用场景：需要为一组复杂的子系统提供一个简单的接口，可以使用门面模式。
优点：减少了客户端与子系统之间的依赖关系，提高了系统的易用性。
缺点：违反了单一职责原则，增加了门面类的复杂性。

32. 多态模式(Polymorphism Pattern)
应用场景：需要根据使用对象的类型来决定具体的行为时，可以使用多态模式。
优点：提高了代码的可读性和可维护性，增强了程序的扩展性。
缺点：需要正确地定义和使用父类和子类之间的接口。

33. 模式的高阶使用
模式也可以组合使用，以实现更复杂的功能。比如结合使用观察者模式和策略模式，以实现根据不同的策略动态地添加和移除观察者。

37. 接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
应用场景：需要将复杂的接口进行拆分，以便于不同的类只需要实现自己所需要的接口方法，可以使用接口隔离原则。
优点：减少了类之间的依赖关系，提高了系统的内聚性。
缺点：增加了系统的复杂性，需要合理地设计和管理接口。

38. 依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle)
应用场景：需要降低模块或类之间的耦合度，可以使用依赖倒置原则。
优点：提高了代码的可读性和可维护性，增强了系统的扩展性。
缺点：增加了系统的复杂性，需要合理地设计和管理依赖关系。

39. 开闭原则(Open-Closed Principle)
应用场景：当需要在系统中添加新功能时，应该通过扩展现有的代码来实现，而不是修改已经存在的代码。这样可以避免因修改已有代码而引入新的bug。
例子：图形绘制软件，在该软件中有多种形状（如圆、矩形、三角形等）需要进行绘制。如果每次添加一个新形状都需要修改原有的绘制逻辑，那么每次修改都会引入潜在的风险。而如果使用开闭原则，可以通过新增一个绘制接口，并根据不同的形状分别实现该接口，从而在不修改原有代码的基础上扩展新的形状
优点：封装性好：可以将变化隔离在新的扩展中，不需要修改已有的代码，从而提高代码的可维护性和可复用性。
可扩展性强：通过扩展现有代码，可以很容易地添加新的功能，满足不断变化的需求。
缺点：需要额外的设计和编码工作：使用开闭原则需要对系统进行设计，需要提前预留扩展点，并进行相应的编码工作。这可能会增加一些工作量。
可能导致过度设计：在使用开闭原则时，需要做好合适的抽象和封装，避免过度设计。否则可能会导致代码过于复杂，难以理解和维护。