在使用Struts框架进行Java Web应用开发时，如何有效地利用设计模式来实现组件化和多层结构设计？请详细描述设计过程中的关键步骤和最佳实践。

Struts作为一款流行的应用框架，在Java Web应用中具有重要的地位。它简化了MVC架构的实现，使得开发者能够更加专注于业务逻辑的实现。为了实现组件化和多层结构设计，结合设计模式是提升架构质量和代码复用的关键。

参考资源链接：[Java Web应用框架综述：2005年的选择与实践](https://wenku.csdn.net/doc/6gbv52ewjp?spm=1055.2569.3001.10343)

首先，我们需要理解Struts框架的基本组成部分，它通常包括模型(Model)、视图(View)和控制器(Controller)，这与MVC设计模式相契合。在Struts中，控制器由ActionServlet和Action类组成，模型由JavaBean或EJB等组成，视图则通过JSP实现。

接下来，我们可以使用一些设计模式来优化Struts应用的组件化和多层设计：

1. 工厂模式：在Struts应用中，可以使用工厂模式来创建Action实例或其他业务组件。工厂模式可以提供一个统一的接口来创建对象，隐藏对象创建的细节，使得系统更加灵活。

2. 单例模式：单例模式适用于那些在整个应用生命周期内只需要一个实例的对象，如数据库连接池。Struts中的ActionServlet默认就是单例的，保证了应用中只有一个控制器实例。

3. 命令模式：命令模式用于封装请求，使请求者和处理者解耦。在Struts中，每个Action都实现了execute()方法，该方法封装了具体的业务逻辑，ActionServlet作为调用者，将请求委派给相应的Action。

4. 前端控制器模式：Struts框架本身就是前端控制器模式的一个例子。所有的请求首先由ActionServlet接收，然后转发到具体的Action处理，这样可以集中控制请求的处理逻辑。

5. 代理模式：代理模式可以用来控制对实际对象的访问，隐藏复杂的逻辑。在Struts中，可以为业务对象创建代理，管理事务和安全检查等。

在实现过程中，还需要注意以下几个要点：

- 确保业务逻辑的独立性，避免Action类与视图层的直接耦合。
- 使用合理的异常处理机制，将异常信息统一返回给用户。
- 确保设计模式与Struts框架的集成是透明的，不影响其他开发人员对Struts框架的理解和使用。
- 对于频繁访问的数据，考虑使用缓存机制，提高应用性能。

通过上述方法，结合Struts框架和设计模式，可以有效地实现Java Web应用的组件化和多层结构设计。这不仅提高了代码的复用性，也增强了系统的可维护性和扩展性。

最后，为了更深入理解如何在实际开发中应用这些模式和最佳实践，我推荐您参考《Java Web应用框架综述：2005年的选择与实践》。该资料详细分析了Web应用框架的选择与实践，特别是在框架与设计模式的应用方面，提供了丰富的案例和深入的洞察，对于您解决当前问题将大有裨益。

参考资源链接：[Java Web应用框架综述：2005年的选择与实践](https://wenku.csdn.net/doc/6gbv52ewjp?spm=1055.2569.3001.10343)