设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、经过分类编目的、代码设计经验的总结。
使用设计模式的目的是为了代码重用，避免程序大量修改，同时使代码更易于理解，并且保证代码可靠性。
常见的设计模式有工厂模式（Factory Pattern）、单例模式（Singleton Pattern）、适配器模式（Adapter Pattern）、享元模式（Flyweight Pattern）以及观察者模式（Observer Pattern）等。
7.1 什么是单例模式
在某些情况下，有些对象只需要一个就可以了，即每个类只需要一个实例。简单说来，单例模式（也叫单件模式）的作用就是保证在整个应用程序的生命周期中，任何一个时刻，单例类的实例都只存在一个（当然也可以不存在）。
单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化，并向整个系统提供这个实例单例模式。单例模式只应在有真正的「单一实例」需求时才可使用。单例模式的设计类图如图 7-1 所示。
编码规范也明确指出应该要少用全局变量，因为过多使用全局变量，会造成代码难读；最后全局变量并不能实现继承（虽然单例模式在继承上也不能很好地处理，但是还是可以实现继承的）。而单例模式在类中保存了它的唯一实例——这个类，它可以保证只能创建一个实例，同时它还提供了一个访问该唯一实例的全局访问点。
使用单例模式，需要注意的是，单例模式用来保证系统中一个类只有一个实例。单例类的构造函数必须为私有，同时单例类必须提供一个全局访问点。
使用这种方法实现的单例模式，在类被加载时就会实例化这个类的一个对象，由于在使用之前对象已经创建好，因此，可以在多线程环境下使用这种方法。如果采用按需实例化的方法（在实例化对象在使用的时候才实例化），就需要考虑多线程的同步。
7.2 什么是工厂模式
工厂模式专门负责实例化有大量公共接口的类。工厂模式可以动态决定将哪一个类实例化，而不必事先知道每次要实例化哪一个类。客户类和工厂类是分开的。消费者无论什么时候需要某种产品，需要做的只是向工厂提出请求即可。消费者无须修改就可以接纳新产品。当然也存在缺点，就是当产品修改时，工厂类也要做相应的修改。
工厂模式包含以下几种形态：
1）简单工厂（Simple Factory）模式。简单工厂模式的工厂类是根据提供给它的参数，返回的是几个可能产品中的一个类的实例，通常情况下，它返回的类都有一个公共的父类和公共的方法。简单工厂模式的设计类图如图 7-2 所示。
其中，Product 为待实例化类的基类，它可以有多个子类；Simple Factory 类中提供了实例化 Product 的方法，这个方法可以根据传入的参数动态地创建出某一类型产品的对象。
2）工厂方法（Factory Method）模式。工厂方法模式是类的创建模式，其用意是定义一个用于创建产品对象的工厂的接口，而将实际创建工作推迟到工厂接口的子类中。它属于简单工厂模式的进一步抽象和推广。多态的使用，使得工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。工厂方法模式的设计类图如图 7-3 所示。
Product 为产品的接口或基类，所有产品都实现这个接口或抽象类（例如 ConcreteProd-uct），这样就可以在运行时根据需求创建对应的产品类。Creator 实现了对产品的所有操作方法，而不实现产品对象的实例化。产品的实例化由 Creator 的子类来完成。
7.3 什么是适配器模式
适配器模式，它是把一个类的接口转换成客户端所期望的另一种接口，从而使原本因接口不匹配而无法一起工作的两个类能够一起工作。适配类可以根据所传递的参数返还一个合适的实例给客户端。
适配器模式主要应用于「望复用一些现存的类，但是接口又与复用环境要求不一致」的情况，在遗留代码复用、类库迁移等方面非常有用。同时，适配器模式有对象适配器和类适配器两种形式的实现结构，但是类适配器采用「多继承」的实现方式，会引起程序的高耦合，所以一般不推荐使用；而对象适配器采用「对象组合」的方式，耦合度低，应用范围更广。
例如，现在系统里已经实现了点、线、正方形，而现在客户要求实现一个圆形，一般的做法是建立一个 Circle 类来继承以后的 Shape 类，然后去实现对应的 display、fill、undisplay 方法，此时如果发现项目组其他人已经实现了一个画圆的类，但是他的方法名却和自己的不一样（为 displayhh、fillhh、undisplayhh），则不能直接使用这个类，因为那样无法保证多态，而有的时候，也不能要求组件类改写方法名，在这样的情况下，可以采用适配器模式。适配器模式的设计类图如图 7-5 所示。
7.4 什么是观察者模式
观察者模式（也被称为发布/订阅模式）提供了避免组件之间紧密耦合的另一种方法，它将观察者和被观察的对象分离开来。在该模式中，一个对象通过添加一个方法（该方法允许另一个对象，即观察者注册自己）使本身变得可观察。当可观察的对象更改时，它会将消息发送到已注册的观察者。这些观察者使用该信息执行的操作与可观察的对象无关，结果是对象可以相互对话，而不必了解原因。Java 与 C＃的事件处理机制就是采用的此种设计模式。
例如，用户界面可以作为一个观察者，业务数据是被观察者，用户界面观察业务数据的变化，发现数据变化后，就显示在界面上。面向对象设计的一个原则是：系统中的每个类将重点放在某一个功能上，而不是其他方面。一个对象只做一件事情，并且将它做好。观察者模式在模块之间划定了清晰的界限，提高了应用程序的可维护性和重用性。观察者模式的设计类图如图 7-6 所示。
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