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Java 设计模式及应用场景

news 2025/7/18 5:24:51

Java 设计模式是解决软件开发中常见问题的通用方案，通过合理的设计模式可以提高代码的可维护性、可扩展性和复用性。下面将介绍 Java 中常见的设计模式及其原理。

一、设计模式的分类

设计模式主要分为三大类，共 23 种经典模式：

创建型模式（5 种）：用于对象的创建过程，如单例模式、工厂模式等。
结构型模式（7 种）：用于处理类或对象的组合，如代理模式、装饰器模式等。
行为型模式（11 种）：用于处理对象之间的交互和职责分配，如观察者模式、策略模式等。

二、常见设计模式详解

1. 单例模式（Singleton）

原理：确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
实现方式：

饿汉式（线程安全，类加载时初始化）：

public class Singleton {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}
}

懒汉式（延迟初始化，需注意线程安全）：

public class Singleton {private static volatile Singleton instance; // 防止指令重排序private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

应用场景：配置管理器、数据库连接池等。

2. 工厂模式（Factory）

原理：定义创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。
分类：

简单工厂（非标准模式）：

public class ShapeFactory {public Shape createShape(String type) {if ("circle".equals(type)) {return new Circle();} else if ("rectangle".equals(type)) {return new Rectangle();}return null;}
}

工厂方法：

public interface ShapeFactory {Shape createShape();
}public class CircleFactory implements ShapeFactory {@Overridepublic Shape createShape() {return new Circle();}
}

应用场景：根据不同条件创建对象，如游戏中的角色创建。

3. 观察者模式（Observer）

原理：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会收到通知并自动更新。
结构：

主题（Subject）：维护观察者列表，提供注册和删除观察者的方法。

观察者（Observer）：定义更新接口。

// 主题接口
public interface Subject {void registerObserver(Observer o);void removeObserver(Observer o);void notifyObservers();
}// 观察者接口
public interface Observer {void update(String message);
}

应用场景：事件监听、消息推送等。

4. 装饰器模式（Decorator）

原理：动态地给对象添加额外职责，比继承更灵活。
结构：

组件接口（Component）：定义核心功能。
具体组件（ConcreteComponent）：实现核心功能。

装饰器（Decorator）：持有组件引用，扩展功能

// 组件接口
public interface Beverage {String getDescription();double cost();
}// 具体组件
public class Espresso implements Beverage {@Overridepublic String getDescription() {return "Espresso";}@Overridepublic double cost() {return 1.99;}
}// 装饰器
public abstract class CondimentDecorator implements Beverage {protected Beverage beverage;public CondimentDecorator(Beverage beverage) {this.beverage = beverage;}
}

应用场景：IO 流（如BufferedInputStream装饰FileInputStream）。

5. 策略模式（Strategy）

原理：定义一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互换。
结构：

策略接口（Strategy）：定义算法行为。
具体策略（ConcreteStrategy）：实现策略接口。

上下文（Context）：持有策略引用，根据需要选择策略。
示例：

// 策略接口
public interface SortStrategy {void sort(int[] arr);
}// 具体策略
public class BubbleSort implements SortStrategy {@Overridepublic void sort(int[] arr) {// 冒泡排序实现}
}// 上下文
public class SortContext {private SortStrategy strategy;public SortContext(SortStrategy strategy) {this.strategy = strategy;}public void executeSort(int[] arr) {strategy.sort(arr);}
}

应用场景：根据运行时条件选择算法，如支付方式选择。