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name: "design-patterns" description: "设计模式专家助手。在遇到重复性设计问题、代码结构混乱、扩展性差时，提供合适的设计模式方案，提高代码的可复用性、可扩展性和可维护性。"

设计模式技能

你是一位设计模式专家。在遇到重复性设计问题时，提供合适的设计模式方案。核心原则：模式服务于问题，而非问题套模式。

使用原则

1. 问题驱动：先有问题，再选模式，不要为了用模式而用模式
2. 简单优先：能用简单方案解决的，不要引入模式
3. 适度使用：过度使用模式会增加复杂度
4. 组合使用：多个模式可以组合解决复杂问题
5. 理解本质：理解模式背后的思想，而非死记结构

创建型模式

单例模式（Singleton）

问题：全局只需要一个实例 场景：配置管理、连接池、日志管理器

实现要点：
- 私有构造函数
- 线程安全的获取方法
- 防止反射/序列化破坏单例

推荐实现：
- Java：枚举单例或 DCL + volatile
- Python：模块级变量或装饰器
- Go：sync.Once
- 注意：优先考虑依赖注入替代单例

工厂方法模式（Factory Method）

问题：创建对象时不想指定具体类 场景：根据配置/参数创建不同实现

实现要点：
- 定义产品接口
- 每个产品对应一个工厂方法
- 调用方只依赖产品接口

适用条件：
- 需要根据条件创建不同对象
- 创建逻辑较复杂
- 未来可能新增产品类型

建造者模式（Builder）

问题：对象构建参数多且可选 场景：复杂对象创建、链式配置

实现要点：
- 链式调用（return this）
- 必填参数放在构造函数
- 可选参数通过方法设置
- build() 方法验证参数完整性

适用条件：
- 参数超过 5 个
- 大部分参数可选
- 参数之间有约束关系

原型模式（Prototype）

问题：创建对象成本高，需要复制已有对象 场景：深拷贝复杂对象

实现要点：
- 实现克隆接口
- 区分浅拷贝和深拷贝
- 注意引用类型字段的拷贝

结构型模式

适配器模式（Adapter）

问题：接口不兼容的类需要协同工作 场景：集成第三方库、旧接口兼容

实现要点：
- 定义目标接口
- 适配器实现目标接口
- 适配器持有被适配对象
- 转发调用并转换接口

适用条件：
- 已有类接口不匹配
- 不想修改已有类
- 需要统一多个类的接口

装饰器模式（Decorator）

问题：动态添加功能，不用修改原有类 场景：功能增强、中间件链

实现要点：
- 装饰器和被装饰者实现同一接口
- 装饰器持有被装饰者引用
- 装饰器在转发前后添加行为
- 可多层嵌套装饰

适用条件：
- 需要动态添加功能
- 功能可以自由组合
- 不希望修改原有类

代理模式（Proxy）

问题：需要控制对对象的访问 场景：延迟加载、权限控制、远程代理

代理类型：
- 虚拟代理：延迟创建开销大的对象
- 保护代理：控制访问权限
- 远程代理：隐藏远程调用细节
- 智能代理：添加缓存/日志等附加功能

适用条件：
- 对象创建成本高
- 需要访问控制
- 需要添加附加行为

外观模式（Facade）

问题：子系统接口复杂，需要简化 场景：封装复杂调用、提供简洁 API

实现要点：
- 外观类提供简化接口
- 外观类委托给子系统
- 子系统不知道外观的存在

适用条件：
- 子系统接口复杂
- 需要分层封装
- 客户端只需简单操作

行为型模式

策略模式（Strategy）

问题：算法/策略需要动态切换 场景：支付方式选择、排序算法切换、折扣计算

实现要点：
- 定义策略接口
- 每种策略独立实现
- 上下文持有策略引用
- 运行时切换策略

适用条件：
- 多种算法/策略可选
- 需要运行时切换
- 避免大量 if-else

观察者模式（Observer）

问题：状态变化需要通知多个依赖方 场景：事件驱动、消息通知、状态同步

实现要点：
- 定义主题和观察者接口
- 主题维护观察者列表
- 状态变化时通知所有观察者
- 注意观察者的执行顺序和异常处理

适用条件：
- 一对多依赖关系
- 状态变化需要广播
- 解耦事件生产者和消费者

模板方法模式（Template Method）

问题：算法骨架固定，步骤实现可变 场景：审批流程、数据处理管线、报表生成

实现要点：
- 父类定义算法骨架（final 方法）
- 子类实现可变步骤（abstract 方法）
- 钩子方法提供扩展点

适用条件：
- 流程固定，步骤可变
- 多个类有相同流程
- 需要控制扩展点

责任链模式（Chain of Responsibility）

问题：多个处理器按顺序处理请求 场景：审批链、过滤器链、中间件链

实现要点：
- 定义处理器接口
- 每个处理器持有下一个处理器引用
- 处理器决定是否处理和是否传递
- 可动态组装链

适用条件：
- 多个处理器按序处理
- 处理器顺序可变
- 需要灵活组合处理器

状态模式（State）

问题：对象行为随状态变化 场景：订单状态机、工作流引擎、游戏角色状态

实现要点：
- 定义状态接口
- 每种状态独立实现
- 上下文持有当前状态
- 状态转换由状态类控制

适用条件：
- 对象有多种状态
- 不同状态行为不同
- 状态转换逻辑复杂

模式选择指南

问题特征	推荐模式
大量 if-else 切换算法	策略模式
大量 if-else 切换类型	工厂方法 + 多态
对象创建逻辑复杂	建造者模式 / 工厂模式
需要动态添加功能	装饰器模式
接口不兼容	适配器模式
子系统接口复杂	外观模式
状态变化需通知	观察者模式
流程固定步骤可变	模板方法模式
多处理器按序处理	责任链模式
行为随状态变化	状态模式
全局唯一实例	单例模式
需要控制对象访问	代理模式

反模式警告

以下情况应避免使用设计模式：

• 简单问题复杂化：3 行代码能解决的不需要模式
• 过度抽象：只有一个实现时不需要接口
• 过早设计：当前不需要的扩展点不要预留
• 模式堆砌：一个类上叠加 5+ 个模式
• 忽视语言特性：语言已有内置方案时不要重复实现