Java的设计模式详解

摘要：设计模式是软件工程中解决常见问题的经典方案。本文结合Java语言特性，深入解析常用设计模式的核心思想、实现方式及实际应用场景，帮助开发者提升代码质量和可维护性。

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一、设计模式概述

1.1 什么是设计模式？

设计模式（Design Pattern）是经过验证的、可重复使用的代码设计经验总结，分为创建型、结构型和行为型三大类，共23种经典模式。

1.2 学习设计模式的意义

• 提高代码复用性
• 增强系统扩展性
• 提升团队协作效率
• 优化代码结构

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二、创建型模式实践

2.1 单例模式（Singleton）

场景：全局唯一对象（如配置管理器）

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

特点：双重检查锁实现线程安全

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2.2 工厂模式（Factory）

场景：对象创建逻辑封装

interface Shape {
    void draw();
}

class Circle implements Shape {
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

class ShapeFactory {
    public Shape getShape(String type) {
        if ("CIRCLE".equalsIgnoreCase(type)) {
            return new Circle();
        }
        return null;
    }
}

优势：解耦客户端与具体实现类

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三、结构型模式解析

3.1 适配器模式（Adapter）

场景：接口兼容转换

class LegacySystem {
    public void legacyRequest() {
        System.out.println("旧系统请求");
    }
}

interface NewSystem {
    void request();
}

class Adapter implements NewSystem {
    private LegacySystem legacy = new LegacySystem();
    
    public void request() {
        legacy.legacyRequest();
    }
}

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3.2 装饰器模式（Decorator）

场景：动态扩展功能

interface Coffee {
    double getCost();
}

class BasicCoffee implements Coffee {
    public double getCost() { return 2.0; }
}

abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    protected Coffee decoratedCoffee;
    
    public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        this.decoratedCoffee = coffee;
    }
}

class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }
    
    public double getCost() {
        return super.decoratedCoffee.getCost() + 0.5;
    }
}

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四、行为型模式应用

4.1 观察者模式（Observer）

场景：事件驱动系统

interface Observer {
    void update(String message);
}

class ConcreteObserver implements Observer {
    public void update(String message) {
        System.out.println("收到通知：" + message);
    }
}

class Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    
    public void addObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }
    
    public void notifyObservers(String message) {
        observers.forEach(o -> o.update(message));
    }
}

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4.2 策略模式（Strategy）

场景：算法灵活切换

interface PaymentStrategy {
    void pay(double amount);
}

class AlipayStrategy implements PaymentStrategy {
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("支付宝支付：" + amount);
    }
}

class PaymentContext {
    private PaymentStrategy strategy;
    
    public void setStrategy(PaymentStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    
    public void executePayment(double amount) {
        strategy.pay(amount);
    }
}

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五、模式选择指南

模式类型	典型场景	常用模式
创建型	对象创建管理	工厂、单例、建造者
结构型	类/对象组合	适配器、代理、装饰器
行为型	对象交互	观察者、策略、模板方法