设计模式

1. 设计模式三分类体系

设计模式是针对特定软件设计情境的可重用蓝图，经典的 GoF 23 种模式被划分为以下三大类：

1.1. 创建型模式 (Creational Patterns)

创建型模式关注 对象的创建过程，通过将对象的创建与使用分离，使系统在对象实例化时更具弹性与通用性。

模式名称	作用与目标	典型工程实例
单例模式 (Singleton)	确保一个类在全局范围内只有一个实例，并提供一个统一的访问点。	配置文件管理器、线程池、全局日志收集器。
工厂方法模式 (Factory Method)	定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个具体类，实现延迟实例化。	数据库连接库（定义抽象连接，具体连接由 MySQL/PostgreSQL 驱动子类决定）。
抽象工厂模式 (Abstract Factory)	提供一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的对象族，而无须指定它们具体的具体类。	跨平台 UI 皮肤库（同时创建 Windows 风格的按钮和文本框，或 macOS 风格 the 同类组件）。
建造者模式 (Builder)	将一个复杂对象的构建步骤与其最终表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示。	带有大量可选配置参数的复杂对象构造（如 `HttpClientConfig`、`SQLQueryBuilder`）。
原型模式 (Prototype)	通过复制（克隆）已有实例来创建新的对象，而不是通过常规构造器实例化。	涉及昂贵资源创建的对象（如复杂数据结构），通过浅克隆/深克隆提升性能。

1.2. 结构型模式 (Structural Patterns)

结构型模式关注 类或对象的组合，旨在通过封装、代理或桥接方式将对象组合成更大、更灵活的结构。

模式名称	作用与目标	典型工程实例
适配器模式 (Adapter)	将一个类的接口转换成客户端所期待的另一个接口，使原本接口不兼容的类能协同工作。	将第三方支付 API（如旧版 XML 接口）适配为系统内部的统一 JSON 接口。
装饰器模式 (Decorator)	动态地给一个对象添加额外的职责。相比直接继承，装饰器提供了更灵活的扩展方式。	I/O 输入输出流（如 Java 中的 `BufferedInputStream` 装饰 `FileInputStream`）。
代理模式 (Proxy)	为另一个对象提供一个替身或占位符，以控制、过滤或延迟对这个真实对象的访问。	虚拟代理（大图片延迟加载）、安全保护代理（权限校验）、AOP 动态代理。
组合模式 (Composite)	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保持一致的使用方式。	文件系统管理（文件夹包含文件和子文件夹）、XML/HTML DOM 树解析。
桥接模式 (Bridge)	将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地发生维度上的变化。	图形形状（圆、方）与不同渲染平台（OpenGL、DirectX）的多维度独立变化。
享元模式 (Flyweight)	运用共享技术高效支持大量细粒度对象的复用，极大减少内存占用。	字符对象池（如 Word 编辑器中的字符对象）、JVM 中的 String 常量池。
外观模式 (Facade)	为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口，使该子系统更容易被外部客户端使用。	复杂的微服务调用链整合（如将下单、扣减库存、物流接口合并为一个 Facade 接口）。

1.3. 行为型模式 (Behavioral Patterns)

行为型模式关注 对象之间的通信与职责分配，以及算法的封装和协作流程。

模式名称	作用与目标	典型工程实例
观察者模式 (Observer)	定义对象间的一对多依赖关系。当一个对象状态改变时，所有依赖者都会自动收到通知并更新。	事件驱动系统（Event Broker）、GUI 事件监听器、发布-订阅模型。
策略模式 (Strategy)	定义一系列算法并将其逐个封装，使它们可以动态相互替换。算法的变化不影响使用方的逻辑。	多支付方式选择（支付宝、微信、银联）、不同压缩格式（ZIP、RAR）的动态切换。
模板方法模式 (Template Method)	定义一个算法的骨架，而将一些可变步骤延迟到子类中实现。子类可以在不改变整体算法结构的前提下重定义特定步骤。	通用的数据解析器流程（打开连接 -> 解析数据 -> 关闭连接），具体解析由 XML/JSON 子类实现。
命令模式 (Command)	将请求封装为独立的对象，从而支持请求队列、撤销操作（Undo）及宏命令。	文本编辑器中各种菜单操作的封装、线程池工作队列中的 Task 对象。
迭代器模式 (Iterator)	提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又无须暴露该聚合对象的内部物理表示。	集合框架（List、Set、Map）的 `iterator()` 遍历机制。
职责链模式 (Chain of Responsibility)	避免请求发送者和接收者发生耦合，将多个处理者连接成一条链，请求沿着链传递直至被处理。	Web 服务器中的 Filter 过滤器链、日志记录级别过滤系统、多级请假审批流。
备忘录模式 (Memento)	在不破坏封装性的前提下，捕获并保存一个对象的内部状态，以便未来将其恢复到该先前状态。	文本编辑器的撤销（Ctrl+Z）历史记录、游戏内的存档/读档机制。
状态模式 (State)	允许一个对象在其内部状态改变时改变其行为，看起来就像改变了其对应的类。	自动售货机状态机（未投币、已投币、售出中）、电梯运行状态控制。
访问者模式 (Visitor)	表示一个作用于某对象结构中各元素的操作，允许在不改变元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。	编译器的 AST（抽象语法树）遍历分析（语义检查、代码格式化、优化器）。
中介者模式 (Mediator)	用一个中介对象来封装一系列对象的交互，使各个对象无须显式相互引用，降低系统耦合度。	机场飞行交通管制系统、微服务架构中的 ESB/中介服务。
解释器模式 (Interpreter)	给定一门语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，用于解释该语言中的句子。	正则表达式引擎、SQL 语法解析器、简单数学公式计算器。

2. 核心设计模式对比分析

2.1. 简单工厂 Vs 工厂方法 Vs 抽象工厂

简单工厂： 并非 GoF 标准模式。由一个统一的工厂类根据输入参数决定创建哪一种产品，违反开闭原则（新增产品需修改工厂类代码）。
工厂方法： 每个具体产品都对应一个具体工厂类。通过多态解耦：具体具体工厂只关注单类产品的创建，职责单一，符合开闭原则。
抽象工厂： 解决产品族（多类相关联的产品）的创建问题。例如同时生产一个系统主题下的 Button、Border 和 Window。

2.2. 策略模式 Vs 桥接模式

桥接模式： 属于 结构型模式，主要用于 解耦抽象与实现，处理两个甚至多个维度独立变化的情况，目的是避免由于多维度继承带来的类爆炸。
策略模式： 属于 行为型模式，主要用于 封装可变算法，让客户端能够动态地切换和替换具体业务行为，目的是消除复杂的 if-else 条件判断。

2.3. 建造者模式 Vs 模板方法模式

建造者模式： 属于 创建型模式，专注于 复杂对象的组装与创建过程，通过 Director 编排具体建造步骤来产出最终对象。
模板方法模式： 属于 行为型模式，专注于 算法逻辑流程的控制，在父类确定一个行为骨架，部分步骤留给子类在运行时填充。

3. 重构拓展：消除代码坏味道

在重构指南中，Martin Fowler 指出 “过长的方法”（Long Method） 是最经典的代码坏味道之一。方法如果过于冗长，往往意味着它承担了过多的职责，导致系统极难维护。