Java面试题冲刺第十五天–设计模式

标题：Java面试题冲刺第十五天--设计模式

设计模式是软件开发中常用的一种解决问题的思想，起源于1988年，由四位作者（Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson、John Vlissides）集体著作了一本《设计模式：可复用面向对象软件的基础》。设计模式主要包括三种类型：创建型、结构型和行为型。本文将从设计模式的概念、分类和代码实现等方面为大家讲解设计模式的知识点。

设计模式的概念

设计模式是一套已被广泛接受的有关设计、实现和使用对象的经验性总结，在软件开发中具有非常重要的作用。它为软件开发中常见的问题提供了一种解决方案，帮助开发人员更快、更好地编写高质量的代码，达到提高代码的可读性、可维护性和可扩展性的目的。

在软件开发中，设计模式可以帮助开发人员快速解决特定的问题，提高软件的质量和效率。设计模式可以在不同的场景中使用，例如：单例模式可以用来保证对象的唯一性；工厂模式可以用来创建不同类型的对象；适配器模式可以用来把不兼容的接口转换为兼容的接口等等。

设计模式的最终目的是提高代码的复用性和可维护性，同时也提高软件的可扩展性，减轻了开发过程中的重复性工作开销。

设计模式的分类

1. 创建型设计模式

创建型设计模式主要关注的是对象的创建过程，它主要包括以下类型：

• 单例模式（Singleton）
• 工厂模式（Factory）
• 抽象工厂模式（Abstract Factory）
• 生成器模式（Builder）

• 原型模式（Prototype）

• 结构型设计模式

结构型设计模式主要关注的是对象的组合，它主要包括以下类型：

• 适配器模式（Adapter）
• 桥接模式（Bridge）
• 组合模式（Composite）
• 装饰模式（Decorator）
• 外观模式（Facade）
• 享元模式（Flyweight）

• 代理模式（Proxy）

• 行为型设计模式

行为型设计模式主要关注的是对象之间的交互，它主要包括以下类型：

• 责任链模式（Chain of Responsibility）
• 命令模式（Command）
• 解释器模式（Interpreter）
• 迭代器模式（Iterator）
• 中介者模式（Mediator）
• 备忘录模式（Memento）
• 观察者模式（Observer）
• 状态模式（State）
• 策略模式（Strategy）
• 模板方法模式（Template Method）
• 访问者模式（Visitor）

示例说明

以创建型设计模式中的单例模式为例，代码实现如下：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

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

上述代码实现了单例模式，保证程序中只创建了一个Singleton类的实例。这里采用了懒汉式的方式，即直到用户调用getInstance方法时才创建实例。此实现方式可能会出现线程安全性问题，因此在多线程环境中建议使用双重检查锁定方式来解决。

以行为型设计模式中的观察者模式为例，代码实现如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private int state;

    public int getState() {
        return state;
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        notifyAllObservers();
    }

    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void notifyAllObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update();
        }
    }
}

public abstract class Observer {
    protected Subject subject;
    public abstract void update();
}

public class BinaryObserver extends Observer {

    public BinaryObserver(Subject subject){
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }

    @Override
    public void update() {
        System.out.println("Binary String: " + Integer.toBinaryString(subject.getState()));
    }
}

public class OctalObserver extends Observer {

    public OctalObserver(Subject subject){
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }

    @Override
    public void update() {
        System.out.println("Octal String: " + Integer.toOctalString(subject.getState()));
    }
}

public class HexObserver extends Observer {

    public HexObserver(Subject subject){
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }

    @Override
    public void update() {
        System.out.println("Hex String: " + Integer.toHexString(subject.getState()).toUpperCase());
    }
}

public class ObserverPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject();
        new BinaryObserver(subject);
        new OctalObserver(subject);
        new HexObserver(subject);
        System.out.println("First state change: 15");
        subject.setState(15);
        System.out.println("Second state change: 10");
        subject.setState(10);
    }
}

上述代码实现了观察者模式，当Subject类的状态发生变化时，它将通知其所有的观察者。在示例中，BinaryObserver、OctalObserver和HexObserver是三个观察者类，它们都继承自Observer类。Subject类是被观察的目标类。在ObserverPatternDemo类中创建了一个Subject实例，并注册了三个观察者。当Subject类的状态发送变化时，观察者类将会相应地输出不同的字符串。

以上两个例子展示了创建型和行为型两种设计模式的代码实现。实际开发中，设计模式的使用需要考虑到具体的情境及需求，在具备一定经验和技能的情况下合理地选择和使用设计模式，对于提升代码质量、可读性、可维护性以及扩展性有着重要的作用。