设计模式是软件工程中广泛使用的一套解决方案，用于解决常见问题并提高代码的质量。它们分为创建型、结构型和行为型三类，共23种模式。以下是各类别及其常见模式的详细说明：

创建型模式

这些模式关注对象的创建机制，帮助控制实例化过程。

单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
应用场景：数据库连接管理、缓存系统等，避免资源浪费和潜在冲突。

工厂方法模式（Factory Method）：定义创建对象的接口，由子类决定具体实现。
应用场景：框架开发，需要延迟对象创建逻辑。

抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一组用于创建相关或相互依赖对象的接口。
应用场景：处理多个对象家族的创建，如不同数据库的连接池。

生成器模式（Builder）：将复杂对象的构建过程与其表示分离，便于不同的构造逻辑。
应用场景：解析配置文件并构建复杂对象。

原型模式（Prototype）：通过复制现有对象来创建新实例，减少对象创建开销。
应用场景：对象池或需要频繁克隆的对象管理。

结构型模式

这些模式处理类和对象的组合方式，以实现更灵活的设计。

适配器模式（Adapter）：将接口转换为兼容接口，使原本不兼容的类协同工作。
应用场景：遗留系统与新系统的集成，如USB转接成Lightning接口。

装饰器模式（Decorator）：动态地添加职责，通过组合的方式扩展对象功能。
应用场景：日志记录、事务管理等需要动态增加功能的场景。

代理模式（Proxy）：控制对对象的访问，常用于远程调用、内容过滤或延迟加载。
应用场景：网络资源访问时的代理服务器。

外观模式（Facade）：提供简单接口访问复杂子系统，隐藏内部实现细节。
应用场景：API设计，简化调用者的使用流程。

组合模式（Composite）：将对象组合成树结构，以管理复杂对象的组成部分。
应用场景：文件系统、部件管理等需要层次化结构的场景。

享元模式（Flyweight）：通过共享减少内存使用，常用于缓存或池化资源。
应用场景：处理大量相同状态的对象，如数据库连接池。

桥接模式（Bridge）：将接口与其实现分离，支持独立变化。
应用场景：处理不同平台的图形API时，抽象绘图操作与具体实现。

行为型模式

这些模式关注对象之间的通信和算法的协作方式。

责任链模式（Chain of Responsibility）：将请求沿着处理者链条传递，直到被处理。
应用场景：错误处理中的多级处理器，每个级别检查并处理错误。

命令模式（Command）：将操作封装成对象，便于执行、撤销和组合。
应用场景：宏命令由多个简单命令组成，如图形编辑器的undo功能。

迭代器模式（Iterator）：提供遍历集合对象的方法，无需暴露内部结构。
应用场景：文件系统遍历、数据库记录集处理。

中介者模式（Mediator）：协调多个组件之间的通信，减少直接依赖。
应用场景：UI框架中的事件处理，协调不同组件的交互。

观察者模式（Observer）：定义对象间的一对多依赖关系，一个变化通知所有依赖者。
应用场景：发布-订阅系统、数据模型与视图绑定。

模板方法模式（Template Method）：在父类中定义算法骨架，子类实现细节。
应用场景：框架开发，如MVC模式中的请求处理流程。

策略模式（Strategy）：将算法或行为封装成接口，支持动态选择和替换。
应用场景：根据条件选择不同的计算方式，如不同计费策略。

状态模式（State）：允许对象在内部状态改变时改变其行为。
应用场景：有限状态机实现，如游戏中的角色状态切换。

访问者模式（Visitor）：在不修改元素的情况下增加操作，支持复杂类型处理。
应用场景：处理不同类型的数据结构，如XML节点的访问和操作。

总结
设计模式为常见问题提供了一套经过验证的解决方案，帮助开发者写出更高效、可维护和可扩展的代码。理解和应用这些模式需要实践和经验积累，但它们能够显著提升软件开发的质量和效率。