Java面试第十三山！《设计模式》

    大家好，我是陈一。如果文章对你有帮助，请留下一个宝贵的三连哦～ 万分感谢！

一、设计模式入门指南

1. 什么是设计模式？

设计模式是可复用的解决方案模板，用于解决软件开发中常见的架构问题。如同建筑领域的经典设计图纸，它们经历了数十年的实践验证。

2. 为什么要学习？

• 面试必考：90%的中高级Java面试涉及设计模式

• 代码质量：减少重复代码，提升扩展性

• 团队协作：提供统一的术语体系

• 架构思维：培养面向对象设计能力

二、七大核心模式深度解析

1. 单例模式（Singleton）

定义：确保类只有一个实例，并提供全局访问点
场景：数据库连接池、日志记录器、配置管理

/*** 双重校验锁单例实现* 1. volatile防止指令重排序* 2. 双重检查保证线程安全*/
public class DatabasePool {private static volatile DatabasePool instance;// 私有构造器防止外部实例化private DatabasePool() {// 初始化数据库连接}public static DatabasePool getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查synchronized (DatabasePool.class) {if (instance == null) { // 第二次检查instance = new DatabasePool();}}}return instance;}
}

适用场景对比表：

实现方式	线程安全	延迟加载	序列化安全
饿汉式	是	否	否
双重检查锁	是	是	否
静态内部类	是	是	否
Enum实现	是	否	是

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2. 工厂模式（Factory）

定义：将对象创建逻辑封装，客户端不直接实例化对象
场景：支付渠道选择、日志记录器切换

// 抽象产品接口
interface PaymentGateway {void processPayment(BigDecimal amount);
}// 具体产品实现
class Alipay implements PaymentGateway {@Overridepublic void processPayment(BigDecimal amount) {System.out.println("支付宝支付：" + amount);}
}class WechatPay implements PaymentGateway {@Overridepublic void processPayment(BigDecimal amount) {System.out.println("微信支付：" + amount);}
}// 工厂类
public class PaymentFactory {public static PaymentGateway createGateway(String type) {switch (type.toUpperCase()) {case "ALIPAY":return new Alipay();case "WECHAT":return new WechatPay();default:throw new IllegalArgumentException("不支持的支付类型");}}
}

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3. 观察者模式（Observer）

定义：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时自动通知依赖对象
场景：订单状态通知、股票价格变动提醒

// 主题接口
interface OrderSubject {void registerObserver(OrderObserver o);void notifyObservers();
}// 具体主题（被观察者）
class Order implements OrderSubject {private List<OrderObserver> observers = new ArrayList<>();private String status;public void setStatus(String status) {this.status = status;notifyObservers();}@Overridepublic void registerObserver(OrderObserver o) {observers.add(o);}@Overridepublic void notifyObservers() {observers.forEach(o -> o.update(this.status));}
}// 观察者接口
interface OrderObserver {void update(String status);
}// 具体观察者
class SMSNotifier implements OrderObserver {@Overridepublic void update(String status) {System.out.println("短信通知：订单状态变更为 " + status);}
}

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4. 装饰器模式（Decorator）

定义：动态地为对象添加额外职责，比继承更灵活
场景：数据流处理、IO增强

// 基础组件接口
interface Coffee {String getDescription();BigDecimal getCost();
}// 具体组件
class SimpleCoffee implements Coffee {@Overridepublic String getDescription() {return "普通咖啡";}@Overridepublic BigDecimal getCost() {return new BigDecimal("15.00");}
}// 装饰器抽象类
abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {protected Coffee decoratedCoffee;public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {this.decoratedCoffee = coffee;}
}// 具体装饰器
class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {public MilkDecorator(Coffee coffee) {super(coffee);}@Overridepublic String getDescription() {return decoratedCoffee.getDescription() + " + 牛奶";}@Overridepublic BigDecimal getCost() {return decoratedCoffee.getCost().add(new BigDecimal("3.00"));}
}

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5. 策略模式（Strategy）

定义：定义算法族，使它们可以互相替换
场景：促销活动计算、排序算法切换

// 策略接口
interface DiscountStrategy {BigDecimal applyDiscount(BigDecimal originalPrice);
}// 具体策略实现
class FullReductionStrategy implements DiscountStrategy {@Overridepublic BigDecimal applyDiscount(BigDecimal price) {return price.compareTo(new BigDecimal("100")) > 0 ? price.subtract(new BigDecimal("20")) : price;}
}class PercentageDiscountStrategy implements DiscountStrategy {@Overridepublic BigDecimal applyDiscount(BigDecimal price) {return price.multiply(new BigDecimal("0.8"));}
}// 上下文类
class ShoppingCart {private DiscountStrategy strategy;public void setStrategy(DiscountStrategy strategy) {this.strategy = strategy;}public BigDecimal checkout(BigDecimal total) {return strategy.applyDiscount(total);}
}

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6. 代理模式（Proxy）

定义：为其他对象提供代理以控制对这个对象的访问
场景：延迟加载、访问控制、日志记录

interface Image {void display();
}class RealImage implements Image {private String filename;public RealImage(String filename) {this.filename = filename;loadFromDisk();}private void loadFromDisk() {System.out.println("加载图片: " + filename);}@Overridepublic void display() {System.out.println("显示图片: " + filename);}
}class ImageProxy implements Image {private RealImage realImage;private String filename;public ImageProxy(String filename) {this.filename = filename;}@Overridepublic void display() {if (realImage == null) {realImage = new RealImage(filename);}realImage.display();}
}

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7. 责任链模式（Chain of Responsibility）

定义：将请求的发送者和接收者解耦，使多个对象都有机会处理请求
场景：审批流程、异常处理链

abstract class Approver {protected Approver nextApprover;public void setNext(Approver approver) {this.nextApprover = approver;}public abstract void processRequest(PurchaseRequest request);
}class Manager extends Approver {@Overridepublic void processRequest(PurchaseRequest request) {if (request.getAmount().compareTo(new BigDecimal("1000")) < 0) {System.out.println("经理审批通过：" + request);} else if (nextApprover != null) {nextApprover.processRequest(request);}}
}class Director extends Approver {@Overridepublic void processRequest(PurchaseRequest request) {if (request.getAmount().compareTo(new BigDecimal("5000")) < 0) {System.out.println("总监审批通过：" + request);} else if (nextApprover != null) {nextApprover.processRequest(request);}}
}

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三、设计模式对比速查表

模式	类型	适用场景	关键特征
单例模式	创建型	全局唯一实例	私有构造、静态实例
工厂模式	创建型	复杂对象创建	封装实例化逻辑
观察者模式	行为型	事件通知系统	发布-订阅机制
装饰器模式	结构型	动态功能扩展	包装器嵌套
策略模式	行为型	算法灵活切换	接口多实现
代理模式	结构型	访问控制/功能增强	间接访问
责任链模式	行为型	多级处理流程	链式传递

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四、高频面试问题集锦

1. Spring框架中的设计模式应用

• 工厂模式：BeanFactory

• 代理模式：AOP实现

• 模板方法：JdbcTemplate

• 适配器模式：HandlerAdapter

2. 单例模式双重检查锁原理

if (instance == null) {                  // 第一次检查synchronized (Singleton.class) {     // 同步锁if (instance == null) {          // 第二次检查instance = new Singleton();  // 安全初始化}}
}

关键点：volatile防止指令重排序 + 双重检查减少锁竞争

3. 装饰器模式 vs 继承

维度	装饰器模式	继承
扩展方式	运行时动态组合	编译时静态绑定
灵活性	可多层嵌套不同功能	单一父类限制
类数量	按需组合，避免类爆炸	容易产生大量子类

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五、实战应用技巧

1. 模式组合：观察者+责任链实现多级审批

2. 避免滥用：简单场景不要过度设计

3. 重构识别：当发现多重条件判断时考虑策略模式

4. 性能考量：代理模式会增加调用层级

真实案例：某电商系统使用装饰器模式实现多级优惠叠加

BigDecimal total = new BigDecimal("200");
Coffee coffee = new SimpleCoffee();
coffee = new MilkDecorator(coffee);    // +3元
coffee = new SugarDecorator(coffee);   // +1元
System.out.println("总价：" + coffee.getCost()); // 输出19.00

六、学习资源推荐

1. 书籍：

   • 《Head First设计模式》（图文并茂）

   • 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》（GoF经典）

2. 在线资源：

   • Refactoring.Guru（交互式教程）

   • Java Design Patterns（官网示例）

3. 实战训练：

   • 阅读Spring框架源码

   • 重构现有项目代码

掌握设计模式的关键在于理解思想而非死记硬背。建议从简单模式入手，结合项目实际需求逐步应用。记住：没有最好的模式，只有最合适的场景。

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