【Java 基础】-- 设计模式

目录

[Java 设计模式详解](#Java 设计模式详解)

[1. 设计模式定义](#1. 设计模式定义)

[2. 设计模式示例](#2. 设计模式示例)

[2.1 单例模式（Singleton Pattern）](#2.1 单例模式（Singleton Pattern）)

[2.2 工厂模式（Factory Pattern）](#2.2 工厂模式（Factory Pattern）)

[2.3 观察者模式（Observer Pattern）](#2.3 观察者模式（Observer Pattern）)

[2.4 代理模式（Proxy Pattern）](#2.4 代理模式（Proxy Pattern）)

[2.5 适配器模式（Adapter Pattern）](#2.5 适配器模式（Adapter Pattern）)

[3. 设计模式的应用场景](#3. 设计模式的应用场景)

[4. 设计模式的注意事项](#4. 设计模式的注意事项)

结语

Java 设计模式详解

1. 设计模式定义

设计模式（Design Patterns）是一套被软件开发行业广泛认可的最佳实践，用于解决常见的软件设计问题。它们是经验的总结，能够提高代码的可维护性、可复用性和可扩展性。

设计模式通常分为三大类：

• 创建型模式（Creational Patterns）：处理对象的创建问题。
• 结构型模式（Structural Patterns）：关注对象的组成结构。
• 行为型模式（Behavioral Patterns）：关注对象间的交互和职责划分。

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2. 设计模式示例

2.1 单例模式（Singleton Pattern）

定义：单例模式保证一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点。

示例（懒汉式，线程安全）：

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;
    }
}

使用场景：

• 需要全局唯一实例，如线程池、数据库连接池、缓存管理。

注意事项：

• 需要防止反射和序列化破坏单例。

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2.2 工厂模式（Factory Pattern）

定义：提供一个创建对象的接口，而不指定具体类。

示例：

interface Product {
    void create();
}
class ProductA implements Product {
    public void create() { System.out.println("Product A created"); }
}
class ProductB implements Product {
    public void create() { System.out.println("Product B created"); }
}
class Factory {
    public static Product getProduct(String type) {
        if ("A".equals(type)) return new ProductA();
        if ("B".equals(type)) return new ProductB();
        return null;
    }
}

使用场景：

• 需要创建复杂对象，但不想直接使用 new 关键字。

注意事项：

• 简单工厂模式容易违反开闭原则，建议结合工厂方法模式使用。

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2.3 观察者模式（Observer Pattern）

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，所有依赖者都会收到通知。

示例：

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

interface Observer {
    void update(String message);
}

class ConcreteObserver implements Observer {
    private String name;
    public ConcreteObserver(String name) { this.name = name; }
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + " received: " + message);
    }
}

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

public class ObserverPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject();
        Observer o1 = new ConcreteObserver("Observer 1");
        Observer o2 = new ConcreteObserver("Observer 2");
        subject.addObserver(o1);
        subject.addObserver(o2);
        subject.notifyObservers("Update received!");
    }
}

使用场景：

• 事件监听机制，如 GUI 组件、消息推送。

注意事项：

• 防止循环依赖，注意性能问题。

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2.4 代理模式（Proxy Pattern）

定义：代理模式为某个对象提供一个替代访问方式，控制对对象的访问。

示例：

interface Service {
    void request();
}
class RealService implements Service {
    public void request() {
        System.out.println("Real service is processing request.");
    }
}
class ProxyService implements Service {
    private RealService realService;
    public void request() {
        if (realService == null) {
            realService = new RealService();
        }
        System.out.println("Proxy controlling access to real service.");
        realService.request();
    }
}

使用场景：

• 远程代理、虚拟代理、权限控制。

注意事项：

• 可能增加额外的复杂度和性能开销。

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2.5 适配器模式（Adapter Pattern）

定义：适配器模式用于将一个接口转换为客户期望的另一个接口。

示例：

interface Target {
    void request();
}
class Adaptee {
    void specificRequest() {
        System.out.println("Adaptee-specific request");
    }
}
class Adapter implements Target {
    private Adaptee adaptee = new Adaptee();
    public void request() {
        adaptee.specificRequest();
    }
}

使用场景：

• 需要让旧系统兼容新接口。

注意事项：

• 可能引入额外的复杂性。

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3. 设计模式的应用场景

设计模式	典型使用场景
单例模式	配置管理、线程池、日志管理
工厂模式	数据库连接、日志记录、解析器
观察者模式	消息订阅、事件驱动系统
代理模式	动态代理、权限管理
适配器模式	兼容不同的 API 接口
策略模式	订单支付方式选择、排序算法
装饰器模式	运行时动态增加功能，如 I/O 流

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4. 设计模式的注意事项

• 选择合适的模式：不要盲目使用设计模式，确保它真正解决问题。
• 避免过度设计：不必要的设计模式会增加代码复杂性。
• 结合 SOLID 原则：确保代码的可维护性和可扩展性。
• 关注性能：某些模式（如观察者模式）可能带来额外的性能开销。
• 遵循开闭原则：尽量让代码对扩展开放，对修改封闭。

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结语

Java 设计模式是提升代码质量的有力工具。掌握这些模式，可以在开发中编写出更加优雅、可维护的代码。建议通过实践不断加深理解，灵活运用设计模式解决实际问题！