王争，前Google工程师，从事Google翻译、知识图谱等相关系统的开发，也是《数据结构与算法之美》专栏的作者，该专栏目前有,人已学习。
?对程序员来说，除了算法，设计模式也是提升代码能力的关键技能，今天我就想跟你聊聊23种经典的设计模式。
23种经典设计模式共分为3种类型，分别是创建型、结构型和行为型。今天，我们把这3种类型分成3个对应的小模块，逐一带你看一下每一种设计模式的原理、实现、设计意图和应用场景。
创建型设计模式创建型设计模式包括：单例模式、工厂模式、建造者模式、原型模式。它主要解决对象的创建问题，封装复杂的创建过程，解耦对象的创建代码和使用代码。
单例模式单例模式用来创建全局唯一的对象。一个类只允许创建一个对象（或者叫实例），那这个类就是一个单例类，这种设计模式就叫作单例模式。单例有几种经典的实现方式，它们分别是：饿汉式、懒汉式、双重检测、静态内部类、枚举。
尽管单例是一个很常用的设计模式，在实际的开发中，我们也确实经常用到它，但是，有些人认为单例是一种反模式（anti-pattern），并不推荐使用，主要的理由有以下几点：
单例对OOP特性的支持不友好单例会隐藏类之间的依赖关系单例对代码的扩展性不友好单例对代码的可测试性不友好单例不支持有参数的构造函数那有什么替代单例的解决方案呢？如果要完全解决这些问题，我们可能要从根上寻找其他方式来实现全局唯一类。比如，通过工厂模式、IOC容器来保证全局唯一性。
有人把单例当作反模式，主张杜绝在项目中使用。我个人觉得这有点极端。模式本身没有对错，关键看你怎么用。如果单例类并没有后续扩展的需求，并且不依赖外部系统，那设计成单例类就没有太大问题。对于一些全局类，我们在其他地方new的话，还要在类之间传来传去，不如直接做成单例类，使用起来简洁方便。
除此之外，我们还讲到了进程唯一单例、线程唯一单例、集群唯一单例、多例等扩展知识点，这一部分在实际的开发中并不会被用到，但是可以扩展你的思路、锻炼你的逻辑思维。这里我就不带你回顾了，你可以自己回忆一下。
工厂模式工厂模式包括简单工厂、工厂方法、抽象工厂这3种细分模式。其中，简单工厂和工厂方法比较常用，抽象工厂的应用场景比较特殊，所以很少用到，不是我们学习的重点。
工厂模式用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。实际上，如果创建对象的逻辑并不复杂，那我们直接通过new来创建对象就可以了，不需要使用工厂模式。当创建逻辑比较复杂，是一个“大工程”的时候，我们就考虑使用工厂模式，封装对象的创建过程，将对象的创建和使用相分离。
当每个对象的创建逻辑都比较简单的时候，我推荐使用简单工厂模式，将多个对象的创建逻辑放到一个工厂类中。当每个对象的创建逻辑都比较复杂的时候，为了避免设计一个过于庞大的工厂类，我们推荐使用工厂方法模式，将创建逻辑拆分得更细，每个对象的创建逻辑独立到各自的工厂类中。
详细点说，工厂模式的作用有下面4个，这也是判断要不要使用工厂模式最本质的参考标准。
封装变化：创建逻辑有可能变化，封装成工厂类之后，创建逻辑的变更对调用者透明。代码复用：创建代码抽离到独立的工厂类之后可以复用。隔离复杂性：封装复杂的创建逻辑，调用者无需了解如何创建对象。控制复杂度：将创建代码抽离出来，让原本的函数或类职责更单一，代码更简洁。除此之外，我们还讲了工厂模式一个非常经典的应用场景：依赖注入框架，比如SpringIOC、GoogleGuice，它用来集中创建、组装、管理对象，跟具体业务代码解耦，让程序员聚焦在业务代码的开发上。DI框架已经成为了我们平时开发的必备框架，在专栏中，我还带你实现了一个简单的DI框架，你可以再回过头去看看。
建造者模式建造者模式用来创建复杂对象，可以通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。建造者模式的原理和实现比较简单，重点是掌握应用场景，避免过度使用。
如果一个类中有很多属性，为了避免构造函数的参数列表过长，影响代码的可读性和易用性，我们可以通过构造函数配合set()方法来解决。但是，如果存在下面情况中的任意一种，我们就要考虑使用建造者模式了。
我们把类的必填属性放到构造函数中，强制创建对象的时候就设置。如果必填的属性有很多，把这些必填属性都放到构造函数中设置，那构造函数就又会出现参数列表很长的问题。如果我们把必填属性通过set()方法设置，那校验这些必填属性是否已经填写的逻辑就无处安放了。如果类的属性之间有一定的依赖关系或者约束条件，我们继续使用构造函数配合set()方法的设计思路，那这些依赖关系或约束条件的校验逻辑就无处安放了。如果我们希望创建不可变对象，也就是说，对象在创建好之后，就不能再修改内部的属性值，要实现这个功能，我们就不能在类中暴露set()方法。构造函数配合set()方法来设置属性值的方式就不适用了。原型模式如果对象的创建成本比较大，而同一个类的不同对象之间差别不大（大部分字段都相同），在这种情况下，我们可以利用对已有对象（原型）进行复制（或者叫拷贝）的方式，来创建新对象，以达到节省创建时间的目的。这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型模式。
原型模式有两种实现方法，深拷贝和浅拷贝。浅拷贝只会复制对象中基本数据类型数据和引用对象的内存地址，不会递归地复制引用对象，以及引用对象的引用对象……而深拷贝得到的是一份完完全全独立的对象。所以，深拷贝比起浅拷贝来说，更加耗时，更加耗内存空间。
如果要拷贝的对象是不可变对象，浅拷贝共享不可变对象是没问题的，但对于可变对象来说，浅拷贝得到的对象和原始对象会共享部分数据，就有可能出现数据被修改的风险，也就变得复杂多了。操作非常耗时的情况下，我们比较推荐使用浅拷贝，否则，没有充分的理由，不要为了一点点的性能提升而使用浅拷贝。
结构型设计模式结构型模式主要总结了一些类或对象组合在一起的经典结构，这些经典的结构可以解决特定应用场景的问题。结构型模式包括：代理模式、桥接模式、装饰器模式、适配器模式、门面模式、组合模式、享元模式。
代理模式代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同。一般情况下，我们让代理类和原始类实现同样的接口。但是，如果原始类并没有定义接口，并且原始类代码并不是我们开发维护的。在这种情况下，我们可以通过让代理类继承原始类的方法来实现代理模式。
静态代理需要针对每个类都创建一个代理类，并且每个代理类中的代码都有点像模板式的“重复”代码，增加了维护成本和开发成本。对于静态代理存在的问题，我们可以通过动态代理来解决。我们不事先为每个原始类编写代理类，而是在运行的时候动态地创建原始类对应的代理类，然后在系统中用代理类替换掉原始类。
代理模式常用在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。我们将这些附加功能与业务功能解耦，放到代理类统一处理，让程序员只需要