23种设计模式，一次性讲明白

设计模式其实就是前辈们写代码踩了无数坑总结出来的代码编写最佳实践专门用来解决特定场景下的代码复用、解耦、扩展性问题。可以分为创建型模式、结构型模式、行为型模式三类。分类核心作用包含的设计模式数量创建型模式解决对象怎么创建的问题解耦对象的创建和使用单例、工厂方法、抽象工厂、建造者、原型5种结构型模式解决类/对象怎么组合的问题不修改原有代码实现功能扩展适配器、桥接、组合、装饰、外观、享元、代理7种行为型模式解决类/对象之间怎么交互、职责怎么分配的问题实现灵活的通信和流程控制模板方法、命令、迭代器、观察者、中介者、备忘录、解释器、状态、策略、职责链、访问者11种记忆口诀创建型口诀5种单身汉在工厂抽象建原型。一个单身汉在工厂里用抽象方法建造了一个原型。结构型口诀7种桥上代理卖装饰组合适配享外观。桥上的代理商在卖装饰品把零件组合适配好让你享受精美外观。行为型口诀11种访客观察定策略模板迭代改状态备忘命令交中介解释责任一条链。访客观察后定下策略按模板迭代改变状态把备忘录和命令交给中介出了问题沿责任链逐一解释。创建型模式不让你自己new对象把对象创建的逻辑封装起来和业务代码解耦。1. 单例模式整个系统里这个类有且只有一个实例对象不管你在哪获取拿到的都是同一个东西。类比就像公司里只有一个 CEO不管哪个部门找对接的都是同一个人。适用场景Spring容器里的单例Bean、全局配置类、日志对象代码示例publicclassSingleton{// 1. 私有构造方法禁止外部new对象privateSingleton(){}// 2. 私有静态实例volatile禁止指令重排privatestaticvolatileSingletoninstance;// 3. 公共静态方法获取唯一实例publicstaticSingletongetInstance(){// 第一次校验实例已存在就直接返回不用抢锁if(instancenull){// 加锁保证线程安全synchronized(Singleton.class){// 第二次校验防止多线程同时进入第一个if重复创建if(instancenull){instancenewSingleton();}}}returninstance;}}2. 工厂方法模式定义一个创建对象的工厂接口让子类决定创建哪个对象把对象的创建延迟到子类。类比就像奶茶店是工厂接口蜜雪冰城、喜茶是子类工厂你去哪个店就喝哪个店的奶茶不用管奶茶是怎么做的。适用场景不知道要创建的对象具体类型交给子类决定把对象创建和业务代码解耦Spring的FactoryBean代码示例// 1. 产品接口奶茶publicinterfaceMilkTea{voidmake();}// 2. 具体产品蜜雪冰城奶茶publicclassMixueMilkTeaimplementsMilkTea{Overridepublicvoidmake(){System.out.println(蜜雪冰城奶茶做好了);}}3. 抽象工厂模式工厂方法的升级版一个工厂可以创建一系列相关的产品而不是只创建一个。和工厂方法的区别是工厂方法是单个产品而抽象工厂是一套相关产品。类比就像蜜雪冰城不仅能做奶茶还能做冰淇淋、圣代一个工厂搞定同品牌的一系列产品。适用于需要创建一系列相关联的产品而不是单个产品的场景比如同一品牌的奶茶 冰淇淋 圣代。4. 建造者模式把一个复杂对象的创建和表示分离一步一步构建出复杂对象不用管内部组装细节。类比就像组装电脑你只需要告诉装机店你要什么 CPU、显卡、内存装机店帮你一步步组装好不用你自己焊主板。适用场景复杂对象的创建参数特别多比如超过4个参数Lombok的Builder注解代码示例// 电脑类复杂对象publicclassComputer{privateStringcpu;privateStringgpu;privateintmemory;privateintstorage;// 私有构造方法只能通过Builder创建privateComputer(Builderbuilder){this.cpubuilder.cpu;this.gpubuilder.gpu;this.memorybuilder.memory;this.storagebuilder.storage;}// 建造者静态内部类publicstaticclassBuilder{privateStringcpu;privateStringgpu;privateintmemory;privateintstorage;// 链式调用设置参数publicBuildercpu(Stringcpu){this.cpucpu;returnthis;}publicBuildergpu(Stringgpu){this.gpugpu;returnthis;}publicBuildermemory(intmemory){this.memorymemory;returnthis;}publicBuilderstorage(intstorage){this.storagestorage;returnthis;}// 构建最终对象publicComputerbuild(){returnnewComputer(this);}}}// 测试publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[]args){// 链式调用一步一步构建对象ComputercomputernewComputer.Builder().cpu(i7-14700K).gpu(RTX4070).memory(32).storage(1024).build();}}5. 原型模式基于一个已有的对象克隆出一个一模一样的新对象不用重新new和初始化。类比就像打印机复印文件不用重新手写一遍直接复印一份一模一样的。适用场景对象创建成本很高比如初始化要查数据库、调接口想要和原对象一模一样的新对象又不想重新初始化Spring的Bean的原型作用域结构型模式不修改原有代码通过类/对象的组合实现功能扩展和灵活组装。1. 适配器模式把一个不兼容的接口转换成你想要的兼容接口让两个不搭边的类能一起工作。类比就像 Type-C 转 3.5mm 耳机转接头手机只有 Type-C 口耳机是 3.5mm 口转接头让它们能一起用。适用场景老系统接口复用适配新的业务Spring MVC的HandlerAdapter2. 装饰器模式在不修改原有类的基础上动态给对象添加新功能比继承更灵活。类比就像买奶茶基础款是纯茶你可以加珍珠、加椰果、加奶盖一层一层加功能不用重新做一杯新奶茶。适用场景动态给对象添加/撤销功能不想用继承搞出一堆子类Java IO流FileInputStream BufferedInputStreamSpring的TransactionProxyFactoryBean3. 代理模式给目标对象创建一个代理对象通过代理对象控制对目标对象的访问还能在不修改目标对象的前提下加额外功能。类比就像租房找中介你不用直接对接房东中介帮你搞定看房、签合同还能帮你做背景调查。适用场景远程代理RPC调用权限控制、日志记录、事务管理Spring AOP的动态代理4. 外观模式给复杂的子系统提供一个统一的高层入口隐藏子系统的复杂细节调用方只需要和这个入口交互就行。类比就像酒店前台你不用管酒店的保洁、维修、餐饮、安保各个部门有任何事找前台就行前台帮你对接所有部门。适用场景复杂系统简化调用封装底层细节Spring Boot的starter就是外观模式的思想5. 桥接模式把抽象和实现分离让它们可以独立变化解决多维度变化导致的类爆炸问题。类比就像手机和手机壳手机有苹果、华为、小米手机壳有透明、硅胶、卡通两个维度独立变化不用为每个手机做一套专属手机壳。适用于类有多个独立变化的维度用继承会导致子类数量爆炸的场景。6. 组合模式把对象组合成树形结构用来表示整体-部分的层级关系让调用方对单个对象和组合对象的使用是一致的。类比就像公司组织架构总公司下面有分公司分公司下面有部门部门下面有员工不管是总公司、分公司、部门还是员工都可以统一用组织节点来表示。适用场景树形结构的数据比如菜单、部门组织、文件目录想要统一处理单个对象和组合对象不用区分是整体还是部分7. 享元模式共享细粒度的对象减少对象创建的数量节省内存核心是复用对象。类比就像共享单车不是每个人都买一辆新自行车而是大家共享一批单车用完还回去别人继续用。适用场景Java的字符串常量池、Integer缓存池连接池、线程池享元模式 单例模式的结合体行为型模式解决类和对象之间的通信、职责分配问题让对象之间协作更灵活、职责更清晰。1. 策略模式定义一系列算法把每个算法封装起来让它们可以互相替换算法的变化不会影响使用算法的用户。类比就像出行你可以选骑自行车、坐地铁、开车、坐飞机这些都是不同的出行策略你可以根据目的地、预算随便换不用改变你要出门的目标。适用场景一个业务有多种实现方式需要动态切换想要避免大量的if-else/switch分支Spring的Resource接口、BeanNameGenerator代码示例// 1. 策略接口出行方式publicinterfaceTravelStrategy{voidtravel();}// 2. 具体策略坐地铁publicclassSubwayStrategyimplementsTravelStrategy{Overridepublicvoidtravel(){System.out.println(坐地铁出行便宜又快);}}// 3. 具体策略开车publicclassCarStrategyimplementsTravelStrategy{Overridepublicvoidtravel(){System.out.println(开车出行自由方便);}}// 4. 用户publicclassTraveler{privateTravelStrategystrategy;// 动态设置策略publicvoidsetStrategy(TravelStrategystrategy){this.strategystrategy;}// 执行出行publicvoidgoTravel(){strategy.travel();}}// 测试publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[]args){TravelertravelernewTraveler();// 今天坐地铁traveler.setStrategy(newSubwayStrategy());traveler.goTravel();// 明天开车traveler.setStrategy(newCarStrategy());traveler.goTravel();}}2. 观察者模式定义了对象之间一对多的依赖关系当一个对象的状态发生变化时所有依赖它的对象都会收到通知并自动更新。类比就像你关注了一个CSDN博主博主更新博客了所有关注他的粉丝都会收到推送通知。适用场景事件驱动、消息通知、发布订阅Spring的ApplicationEvent事件机制Java的EventListener3. 模板方法模式定义一个操作的算法骨架把其中一些步骤延迟到子类实现子类可以不改变算法骨架就可以重定义特定步骤。类比就像煮奶茶固定骨架是煮茶➡️加奶➡️加料➡️装杯不同的奶茶只是加料、煮茶时间不一样骨架永远不变。小贴士煮奶茶是模板方法模式关注的是怎么做奶茶而开奶茶店造奶茶是工厂方法模式关注的是造什么奶茶。适用场景多个子类有公共的流程只有个别步骤不同Spring的JdbcTemplate、RedisTemplateSpring MVC的HttpServlet4. 责任链模式把请求的发送者和接收者解耦让多个对象都有机会处理这个请求把这些对象连成一条链请求沿着链传递直到有对象处理它为止。类比就像公司请假审批1天以内组长批3天以内经理批7天以内总监批超过7天老板批你的请假申请沿着这个审批链传递直到有人处理。适用场景一个请求需要多个对象依次处理Spring MVC的HandlerInterceptor拦截器链Servlet的Filter过滤器链5. 状态模式当一个对象的内部状态发生变化时改变它的行为看起来就像这个对象换了一个类。类比就像电梯开门状态下只能关门不能上下行运行状态下只能停梯不能开门不同的状态电梯的行为完全不一样。适用场景对象的行为由状态决定运行时状态变化会改变行为代码里有大量和状态相关的if-else/switch分支小贴士状态模式和策略模式容易混淆不过两者的区别是状态模式是状态决定行为对象的行为由当前状态决定而策略模式是算法可替换封装一系列平级算法想换哪个换哪个。状态模式有明确的状态流转图状态之间不能随便跳必须按规则流转策略模式没有流转关系策略之间是平级的想换就换。状态模式关注的是对象状态的变化以及状态变化带来的行为变化策略模式关注的是算法的选择和替换不关心算法之间的关系。扯了那么多官话好像没多大用举个例子套一下大概就是比如电梯是状态模式开门、上下行、关门有明确的流转规则而出行是策略模式骑自行车、坐地铁、开车是平级的想换就换。6. 命令模式把一个请求封装成一个命令对象让你可以用不同的请求参数化对象支持请求排队、撤销、重做。类比就像餐厅点餐你点的菜就是一个命令服务员把命令传给后厨后厨执行你不用管后厨是谁、怎么做的还能随时加菜、退菜。适用场景Spring 的 JmsTemplateJMS 消息队列和 RabbitTemplateRabbitMQ 消息队列7. 迭代器模式提供一种统一的方式遍历一个集合对象里的所有元素不用暴露集合的内部结构。类比就像景区观光车不管景区里的景点是怎么分布的你坐观光车就能一个一个逛完所有景点不用管景区内部的路线设计。适用场景Java的Iterator接口、增强for循环Spring的CompositeIterator8. 中介者模式用一个中介对象封装一系列对象的交互让对象之间不用直接互相引用解耦对象之间的复杂依赖只和中介者交互。类比就像机场塔台所有飞机不用互相沟通只需要和塔台沟通塔台统一调度避免撞机。适用场景想要解耦多个对象的交互减少耦合Spring MVC的DispatcherServlet就是前端控制器中介者9. 备忘录模式在不破坏封装的前提下捕获一个对象的内部状态并保存下来之后可以恢复到这个状态。类比就像游戏存档你打BOSS之前存个档打输了可以读档回到存档时的状态不用重新从头玩。适用场景撤销、回滚操作数据库的事务回滚IDE的撤销操作10. 访问者模式在不修改数据结构的前提下定义对数据结构中元素的新操作把数据结构和操作分离。类比比如电商订单系统数据结构是固定的订单和订单明细操作是经常变化的计算总价、打印发票、生成物流单、发送短信通知。不用修改订单 / 订单明细的代码只要新增一个访问者比如生成电子发票就能给订单增加新操作。适用于想要给数据结构里的元素增加新操作又不想修改数据结构的场景。11. 解释器模式给定一个语言定义它的语法规则然后定义一个解释器用这个解释器来解释语言中的句子。类比就像翻译官你说中文翻译官根据中英文的语法规则把你的话翻译成英文。适用场景SQL解析、正则表达式解析Spring的SpEL表达式