软件设计模式是一套经过时间检验的、可复用的代码结构和算法，它们被用来创建稳定、可维护和可扩展的软件系统。在构建高效、可维护的系统架构时，选择合适的设计模式至关重要。以下是一些关键的设计模式及其应用：
1. 工厂模式：工厂模式用于创建对象实例。它提供了一种创建对象的机制，使得客户端可以请求一个类，但是不指定其具体类型，由工厂类决定实例化哪个类。这种方式可以提高系统的灵活性和可扩展性，因为可以通过改变工厂类来适应不同的产品或服务。
2. 单例模式：单例模式确保一个类只有一个实例，并提供对该实例的全局访问点。这有助于控制资源的使用，防止资源泄露，并简化了对共享资源的配置和管理。
3. 观察者模式：观察者模式定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会收到通知并自动更新。这种模式适用于实现事件驱动的系统，例如日志记录、实时监控等。
4. 策略模式：策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互换。该模式让算法的变化独立于使用算法的客户。在需要根据不同条件执行不同操作的情况下，策略模式非常有用。
5. 装饰器模式：装饰器模式动态地给现有对象添加额外的职责。它可以用于增强类的功能，而不是替换它。通过组合已有的类，可以在运行时添加新的功能而不修改原有代码。
6. 命令模式：命令模式将请求封装为一个对象，从而允许用户以参数的形式传递请求，排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。这使得可以对请求进行灵活的处理。
7. 适配器模式：适配器模式将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。这样，原本由于接口不兼容而不能一起工作的两个组件现在可以一起工作了。这在需要与外部系统集成或与其他系统交互时特别有用。
8. 中介者模式：中介者模式让多个对象都依赖同一个中介对象，这样可以控制这个中介对象，防止各个对象之间产生直接的关联。这种模式有助于解耦各个组件，降低系统的耦合度。
9. 状态模式：状态模式允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，看起来好像改变了它的类。这种模式使得类的行为可以独立于使用它的客户变化。
10. 模板方法模式：模板方法模式定义了一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。这样可以保证高层模块不会变，但可以很容易地添加新的行为。
11. 访问者模式：访问者模式允许对单个对象进行操作、包含或者连接成更大的结构。它通常用于处理结构树或者聚合对象，如图形界面、数据流等。
12. 责任链模式：责任链模式将请求交给一个接一个的中间件对象来处理，从而允许将请求的发送者和接收者解耦。这种模式非常适合实现分布式系统中的消息传递。
总的来说，在构建高效、可维护的系统架构时，选择恰当的设计模式可以帮助我们减少不必要的复杂性，提高代码的可读性和可维护性，同时也能确保系统能够灵活地应对未来的需求变更。
