System Design 101: 18种设计模式

18种每位开发者都应该了解的设计模式

设计模式是常见软件设计问题的可重用解决方案。它们为开发者提供了共享语言，优化代码组织，推广最佳实践。以下详细介绍了18种关键设计模式的目的及其在实际开发中的应用，同时提供了对比表和部分模式的Mermaid时序图以便于理解。

创建型模式：简化对象创建

1. 抽象工厂 (Abstract Factory): 家族创建者
   目的：创建一组相关对象，而无需指定其具体类。
   示例：UI工具包可以为不同平台（如Windows、Mac等）生成按钮、复选框和文本输入框。

2. 建造者 (Builder): 乐高大师
   目的：一步步构造复杂对象，将创建过程与最终表示分离。
   示例：逐步为汽车添加引擎、轮子和座椅等组件。

3. 原型 (Prototype): 克隆创建者
   目的：通过克隆现有实例来创建新对象。
   示例：复制预配置的文档模板。

4. 单例 (Singleton): 独一无二
   目的：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
   示例：数据库连接管理器，确保只有一个连接池。

结构型模式：组织对象与类

5. 适配器 (Adapter): 通用插头
   目的：将一个类的接口转换为另一个接口，使得不兼容的接口可以协同工作。
   示例：将欧标插头适配为美标插头。 =

6. 桥接 (Bridge): 功能连接器
   目的：将对象的抽象部分与其实现部分分离，使它们可以独立变化。
   示例：将电视功能与遥控器操作分离。

7. 组合 (Composite): 树结构生成器
   目的：将对象组合成树形结构，用于表示部分和整体的层次结构。
   示例：文件系统中文件和文件夹的层次结构。

8. 装饰器 (Decorator): 功能定制者
   目的：动态地为对象添加新功能，而无需更改其结构。
   示例：为文本框动态添加滚动条或边框。

9. 外观 (Facade): 一站式服务
   目的：为复杂子系统提供一个简单接口，使客户端与子系统交互更加容易。
   示例：汽车仪表盘简化了与引擎、空调和导航系统的交互。

10. 享元 (Flyweight): 空间节省者
    目的：通过共享小型、可复用的对象来节省内存。
    示例：文字处理器中重复使用字形对象来渲染文本。

11. 代理 (Proxy): 替身演员
    目的：为另一个对象提供代理以控制访问。
    示例：为大文件图片提供虚拟代理，仅在需要时加载。

行为型模式：管理通信与行为

12. 责任链 (Chain of Responsibility): 请求传递者
    目的：将请求沿着对象链传递，直到有对象处理该请求。
    示例：GUI中的事件冒泡机制。

13. 命令 (Command): 任务包装者
    目的：将请求封装为对象，允许请求被参数化、延迟或排队。
    示例：实现撤销功能，通过存储已执行的命令。

14. 迭代器 (Iterator): 集合浏览器
    目的：提供一种方法顺序访问集合中的元素，而不暴露其内部结构。
    示例：遍历文件列表。

15. 中介者 (Mediator): 通信中心
    目的：通过集中化管理对象之间的通信来简化交互。
    示例：聊天室管理参与者的通信。

16. 备忘录 (Memento): 时间胶囊
    目的：捕获并恢复对象的状态，而无需暴露其实现。
    示例：文本编辑器的撤销/重做功能。

17. 观察者 (Observer): 消息广播者
    目的：定义对象间的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时通知其他对象。
    示例：天气应用更新小部件。

18. 访问者 (Visitor): 技能访问者
    目的：向现有类添加新操作，而无需修改类。
    示例：税收计算系统对不同类型的交易应用不同规则。

对比表

总结

这18种设计模式为常见的软件开发问题提供了强大的解决方案。通过理解它们的目的、工作原理及实际示例，开发者可以构建更加可维护、可扩展和高效的软件系统。通过对比表和时序图，应用这些模式变得更加直观和清晰。