### Java常用设计模式、设计原则及其应用场景介绍
#### 一、设计模式概述
设计模式是一种在软件工程领域中被广泛采用的概念，它是一系列解决特定问题的通用解决方案的集合。这些解决方案通常来源于软件开发人员的经验积累，并经过了时间和实践的检验。设计模式不仅能够帮助开发者写出更易于理解、扩展和维护的代码，还能够在团队内部提高代码的一致性和可读性。
#### 二、设计模式的分类
设计模式主要分为三大类：创建型模式、结构型模式以及行为型模式。
1. **创建型模式**：这类模式关注于对象的创建过程。通过提供一种创建对象的方式，使得创建过程更为灵活和可复用。常见的创建型模式包括：
- **单例模式**：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
- **工厂方法模式**：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。
- **抽象工厂模式**：提供一个接口，用于创建一系列相关的或相互依赖的对象，而无需指定它们具体的类。
- **建造者模式**：将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后逐步构建最终的结果。
- **原型模式**：通过复制一个现有的对象实例来创建新的对象实例，而不是通过创建对象的类来实现。
2. **结构型模式**：这类模式关注于如何将类或对象组合成更大的结构，同时保持这些结构的灵活性和效率。常见的结构型模式包括：
- **适配器模式**：允许不兼容的接口之间进行协作。
- **桥接模式**：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。
- **组合模式**：将对象组织到树形结构中，以便表示“部分-整体”的层次结构。
- **装饰器模式**：动态地给一个对象添加一些额外的责任。
- **外观模式**：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，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。
- **享元模式**：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
- **代理模式**：为某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。
3. **行为型模式**：这类模式关注于对象之间的交互以及职责分配。常见的行为型模式包括：
- **模板方法模式**：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。
- **策略模式**：定义了一系列的算法，将每一个算法封装起来，并且使它们之间可以互相替换。
- **命令模式**：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端进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。
- **迭代器模式**：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部表示。
- **观察者模式**：定义对象间的一种一对多依赖关系,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。
- **中介者模式**：用一个中介对象来封装一系列的对象交互，中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。
- **备忘录模式**：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，这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。
- **解释器模式**：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。
- **职责链模式**：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。
#### 三、常见设计原则
设计原则是在软件设计过程中应遵循的一些基本准则，旨在提高代码的质量。以下是七个常见的设计原则：
1. **单一职责原则（SRP）**：一个类应该仅有一个引起它变化的原因。这意味着每个类都应该专注于单一的任务，这有助于减少类的复杂性，并使得类更容易测试和维护。
2. **开闭原则（OCP）**：软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。也就是说，在不修改现有代码的情况下，可以扩展其功能。
3. **里氏替换原则（LSP）**：子类型必须能够替换它们的基类型。这意味着任何使用父类的地方都可以使用子类而不改变程序的正确性。
4. **接口隔离原则（ISP）**：客户端不应该被强制依赖那些它们不使用的接口。这通常意味着将一个大的接口拆分成更小、更具体的接口。
5. **依赖倒置原则（DIP）**：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。这一原则鼓励面向接口编程，而不是面向实现编程。
6. **迪米特法则（LoD）**：一个对象应当尽可能少地与其他对象发生相互作用。这有助于降低系统的耦合度，使得系统更易于理解和维护。
7. **合成复用原则（CRP）**：优先使用对象组合，而不是类继承来实现复用。这是因为继承会增加系统的耦合度，并且可能会破坏封装性。
### 四、应用场景举例
1. **单例模式**：适用于系统中只需要一个实例的情况，比如数据库连接池管理。
2. **工厂方法模式**：适合于创建多个类似产品族的产品。
3. **适配器模式**：当系统中已存在的类不符合当前的需求时，可以通过适配器进行转换。
4. **策略模式**：当一个系统应该根据条件选择不同的算法或行为时非常有用。
5. **观察者模式**：适用于对象之间存在一对多的依赖关系，如消息订阅发布系统。
6. **代理模式**：用于控制对对象的访问，例如远程代理、虚拟代理等。
7. **模板方法模式**：在某些情况下，子类可以覆盖某些步骤来实现特定的行为，但整个算法框架保持不变。
通过了解这些设计模式和设计原则，开发者可以在面对具体问题时做出更合理的选择，提高代码质量和系统的可维护性。
