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？
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面试必考：90%的中高级Java面试涉及设计模式
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代码质量：减少重复代码，提升扩展性
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团队协作：提供统一的术语体系
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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 |
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 {
@Override
public void processPayment(BigDecimal amount) {
System.out.println("支付宝支付：" + amount);
}
}
class WechatPay implements PaymentGateway {
@Override
public 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");
}
}
}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();
}
@Override
public void registerObserver(OrderObserver o) {
observers.add(o);
}
@Override
public 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 {
@Override
public void update(String status) {
System.out.println("短信通知：订单状态变更为 " + status);
}
}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 {
@Override
public String getDescription() {
return "普通咖啡";
}
@Override
public 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);
}
@Override
public String getDescription() {
return decoratedCoffee.getDescription() + " + 牛奶";
}
@Override
public BigDecimal getCost() {
return decoratedCoffee.getCost().add(new BigDecimal("3.00"));
}
}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 {
@Override
public BigDecimal applyDiscount(BigDecimal price) {
return price.compareTo(new BigDecimal("100")) > 0
? price.subtract(new BigDecimal("20"))
: price;
}
}
class PercentageDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
@Override
public 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);
}
}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);
}
@Override
public 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;
}
@Override
public void display() {
if (realImage == null) {
realImage = new RealImage(filename);
}
realImage.display();
}
}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 {
@Override
public 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 {
@Override
public 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);
}
}
}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 |
四、高频面试问题集锦
1. Spring框架中的设计模式应用
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工厂模式：BeanFactory
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代理模式：AOP实现
-
模板方法：JdbcTemplate
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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 |
五、实战应用技巧
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模式组合：观察者+责任链实现多级审批
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避免滥用：简单场景不要过度设计
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重构识别：当发现多重条件判断时考虑策略模式
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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
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书籍：
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《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）
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在线资源：
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Refactoring.Guru（交互式教程）
-
Java Design Patterns（官网示例）
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实战训练：
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阅读Spring框架源码
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重构现有项目代码
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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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