Java常用设计模式及其应用场景

1. 什么是设计模式？

        设计模式是一个经过多次验证的、针对常见问题的可复用解决方案。设计模式并不是具体的代码实现，而是给出了如何解决问题的思路和结构。在实际开发过程中，设计模式有助于开发者快速找到合适的解决方案，从而减少重复造轮子的工作，提高开发效率。

设计模式通常用于以下方面：

• 解决软件设计中常见的结构性问题
• 提高代码的复用性和可维护性
• 增强代码的灵活性，使得后期维护和扩展更加简单

2. 设计模式的分类

设计模式根据其功能和应用场景的不同，通常分为三大类：

• 创建型模式：关注如何创建对象。
• 结构型模式：关注如何组合类和对象以实现更大规模的功能。
• 行为型模式：关注对象之间的交互和职责分配。

 具体示例：

• 创建型模式：单例模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式。
• 结构型模式：适配器模式、装饰器模式、代理模式。
• 行为型模式：观察者模式、策略模式。

3. 常用设计模式及其应用场景

1. 单例模式（Singleton Pattern）

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。该模式通常用于管理全局状态，如日志记录、数据库连接池等。

应用场景：数据库连接池、日志类、配置类。

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

2. 工厂方法模式（Factory Method Pattern）

工厂方法模式定义一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。它将类的实例化推迟到子类。

应用场景：当你不希望具体化一个类，或者在实例化时需要很多条件判断时。

public interface Product {void doSomething();
}public class ConcreteProductA implements Product {@Overridepublic void doSomething() {System.out.println("Product A");}
}public abstract class Creator {public abstract Product factoryMethod();
}public class ConcreteCreatorA extends Creator {@Overridepublic Product factoryMethod() {return new ConcreteProductA();}
}

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而无需指定具体的类。

应用场景：需要一组相关产品，但不希望产品的具体实现暴露给客户端时。

public interface AbstractFactory {Product createProduct();
}public class ConcreteFactoryA implements AbstractFactory {@Overridepublic Product createProduct() {return new ConcreteProductA();}
}

4. 建造者模式（Builder Pattern）

建造者模式将复杂对象的构建过程与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

应用场景：当对象的构建过程独立于其组成部分的创建和装配时。

public class Product {private String partA;private String partB;public void setPartA(String partA) {this.partA = partA;}public void setPartB(String partB) {this.partB = partB;}
}public class ProductBuilder {private Product product;public ProductBuilder() {product = new Product();}public ProductBuilder buildPartA(String partA) {product.setPartA(partA);return this;}public ProductBuilder buildPartB(String partB) {product.setPartB(partB);return this;}public Product build() {return product;}
}

5. 原型模式（Prototype Pattern）

原型模式通过复制现有的实例来创建新对象，而不是通过构造函数创建。

应用场景：对象的创建成本较高，需要通过复制已有对象来创建时。

public class Prototype implements Cloneable {private String name;public Prototype(String name) {this.name = name;}@Overridepublic Prototype clone() throws CloneNotSupportedException {return (Prototype) super.clone();}
}

6. 适配器模式（Adapter Pattern）

适配器模式将一个类的接口转换成客户端希望的另一个接口，使得原本接口不兼容的类能够一起工作。

应用场景：当你希望在不修改代码的情况下，使接口不兼容的类可以一起工作时。

public interface Target {void request();
}public class Adaptee {public void specificRequest() {System.out.println("Specific request");}
}public class Adapter implements Target {private Adaptee adaptee;public Adapter(Adaptee adaptee) {this.adaptee = adaptee;}@Overridepublic void request() {adaptee.specificRequest();}
}

7. 装饰器模式（Decorator Pattern）

装饰器模式允许你动态地给一个对象添加额外的功能，而不需要改变其结构。

应用场景：当需要扩展类的功能，但又不想改变类的结构时。

public interface Component {void operation();
}public class ConcreteComponent implements Component {@Overridepublic void operation() {System.out.println("ConcreteComponent operation");}
}public class Decorator implements Component {private Component component;public Decorator(Component component) {this.component = component;}@Overridepublic void operation() {component.operation();System.out.println("Decorator additional operation");}
}

8. 代理模式（Proxy Pattern）

代理模式为其他对象提供代理以控制对该对象的访问。

应用场景：需要对对象的访问进行控制时，如延迟加载、权限控制等。

public interface Subject {void request();
}public class RealSubject implements Subject {@Overridepublic void request() {System.out.println("RealSubject request");}
}public class Proxy implements Subject {private RealSubject realSubject;@Overridepublic void request() {if (realSubject == null) {realSubject = new RealSubject();}realSubject.request();}
}

9. 观察者模式（Observer Pattern）

观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，使得一个对象的状态变化时，其相关依赖对象都能收到通知并自动更新。

应用场景：当一个对象的状态变化需要通知其他多个对象时。

public interface Observer {void update(String message);
}public class ConcreteObserver implements Observer {@Overridepublic void update(String message) {System.out.println("Received message: " + message);}
}public class Subject {private List<Observer> observers = new ArrayList<>();public void addObserver(Observer observer) {observers.add(observer);}public void notifyObservers(String message) {for (Observer observer : observers) {observer.update(message);}}
}

10. 策略模式（Strategy Pattern）

策略模式定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

应用场景：当有多个算法可以完成相同的任务时，可以通过策略模式选择不同的算法。

public interface Strategy {void execute();
}public class ConcreteStrategyA implements Strategy {@Overridepublic void execute() {System.out.println("Strategy A executed");}
}public class ConcreteStrategyB implements Strategy {@Overridepublic void execute() {System.out.println("Strategy B executed");}
}public class Context {private Strategy strategy;public Context(Strategy strategy) {this.strategy = strategy;}public void executeStrategy() {strategy.execute();}
}