常见设计模式总结

设计模式是解决软件设计中高频问题的成熟方案，按核心功能可分为创建型、结构型、行为型三大类，以下是各类别中最常用的设计模式解析。

一、创建型模式

核心目标：隐藏对象创建细节，控制对象实例化过程，提高代码灵活性与复用性。

1. 单例模式（Singleton）

  • 核心思想：保证一个类在全局范围内仅有一个实例，并提供统一的访问入口。
  • 典型场景：线程池、配置管理器、日志工具类、java.lang.Runtime 类。
  • 实现关键：私有化构造方法，通过静态方法/静态内部类返回唯一实例（需注意线程安全，如双重检查锁）。
  • 优势：避免重复创建对象，节约内存资源；避免多实例导致的状态不一致。

2. 工厂模式（Factory）

  • 核心思想：通过工厂类统一负责对象创建，替代直接 new 操作，实现“创建与使用分离”。
  • 细分类型：
    • 简单工厂：一个工厂类根据参数（如字符串、枚举）创建不同产品实例（如计算器工厂创建加减乘除对象）。
    • 工厂方法：为每个产品类单独定义对应的工厂类（如 MySQL 连接工厂、Oracle 连接工厂）。
  • 典型场景：JDBC 的 DriverManager 创建数据库连接、框架中的 Bean 实例创建。
  • 优势：降低代码耦合，切换产品时无需修改使用方代码（符合“开闭原则”）。

3. 建造者模式（Builder）

  • 核心思想：将复杂对象的构造过程拆分为多个步骤，通过建造者类逐步组装，最终生成对象。
  • 典型场景：创建参数多且部分可选的对象（如 StringBuilder、Lombok 的 @Builder 注解、复杂配置类）。
  • 优势：避免“ telescoping constructor ”（长参数构造器）的混乱，提高代码可读性；支持灵活配置对象属性。

二、结构型模式

核心目标：优化类或对象的组合方式，解决类/对象间的结构适配问题，提高代码扩展性。

1. 代理模式（Proxy）

  • 核心思想：为目标对象创建一个“代理对象”，通过代理对象间接访问目标对象，实现对目标对象的控制（如权限校验、日志记录、远程调用）。
  • 细分类型：
    • 静态代理：编译期确定代理类，代理逻辑固定。
    • 动态代理：运行时动态生成代理类（如 JDK 动态代理、CGLIB 代理）。
  • 典型场景：Spring AOP（方法增强）、RPC 框架（远程服务代理）、权限控制。
  • 优势：不修改目标对象代码即可扩展功能（符合“开闭原则”）。

2. 装饰器模式（Decorator）

  • 核心思想：通过“装饰类”动态为目标对象添加新功能，且不改变目标对象的原有结构，支持多层装饰。
  • 典型场景：Java IO 流（如 BufferedReader 装饰 Reader 增加缓冲功能、DataInputStream 装饰 InputStream 增加数据类型读取功能）、日志增强。
  • 优势：比继承更灵活（可组合多个装饰功能），避免类爆炸问题。

3. 适配器模式（Adapter）

  • 核心思想：将一个类的接口转换成客户端期望的另一种接口，解决“接口不兼容”问题（如旧系统接口适配新系统、第三方库接口适配自定义接口）。
  • 细分类型：
    • 类适配器：通过继承适配源类实现。
    • 对象适配器：通过持有适配源对象实现（更常用）。
  • 典型场景：JDBC 驱动（适配不同数据库的底层接口到 JDBC 标准接口）、旧接口改造。
  • 优势：复用现有代码，降低系统改造成本，解决兼容性问题。

三、行为型模式

核心目标：定义对象间的交互方式与职责分配，优化对象通信流程，提高代码可维护性。

1. 观察者模式（Observer）

  • 核心思想：定义“一对多”的依赖关系，当“被观察者”（主题）状态变化时，自动通知所有“观察者”并触发其更新操作。
  • 典型场景：GUI 事件监听（如按钮点击事件）、消息订阅/发布（如 MQ 的发布-订阅模式）、java.util.Observer 与 Observable 实现。
  • 优势：解耦被观察者与观察者，支持动态添加/移除观察者。

2. 策略模式（Strategy）

  • 核心思想：定义一系列算法（策略），将每个算法封装为独立类，使算法可动态切换，替代大量 if-else 判断。
  • 典型场景：支付方式选择（微信支付、支付宝支付、银联支付）、排序算法切换、折扣计算逻辑。
  • 优势：算法可独立扩展，切换算法时无需修改使用方代码（符合“开闭原则”）。

3. 模板方法模式（Template Method）

  • 核心思想：在父类中定义算法的“骨架”（固定步骤），将算法中的可变步骤延迟到子类中实现，确保算法结构不变。
  • 典型场景：框架设计（如 Spring 的 JdbcTemplate 固定数据库操作流程，子类仅需实现 SQL 执行与结果映射）、报表生成（固定格式，数据填充逻辑可变）。
  • 优势：复用算法骨架，子类聚焦可变逻辑，避免代码重复。

4. 迭代器模式（Iterator）

  • 核心思想：提供一种统一的接口遍历集合对象中的元素，无需暴露集合的内部存储结构（如数组、链表）。
  • 典型场景：Java 集合框架（ArrayList、HashMap 等的 iterator() 方法）、自定义集合类的遍历。
  • 优势：遍历逻辑与集合结构解耦，支持多种遍历方式（如正向、反向）。