23种设计模式

江湖中的阿龙2026-06-05 8:37

一、设计模式整体概述

GoF（Gang of Four，四人帮） ：指1994年联合出版《设计模式：可复用面向对象软件的基础》的四位计算机领域权威专家，四位作者及中文名分别为：Erich Gamma（埃里希·伽马）、Richard Helm（理查德·赫尔姆）、Ralph Johnson（拉尔夫·约翰逊）、John Vlissides（约翰·弗利赛德斯）。四人共同总结并定义了 23种经典面向对象设计模式，是全球软件开发通用的设计规范标准，该套设计思想适用于所有编程语言，并非Java独有。

三大核心分类：

  • 创建型模式（5种） ：解决 对象创建 问题，管控对象实例化过程

  • 结构型模式（7种） ：解决 类/对象组合结构 问题，灵活组装对象、扩展功能

  • 行为型模式（11种） ：解决 对象之间交互、职责分配、流程调度 问题

二、创建型设计模式（5种）

核心目的：统一、规范、灵活地创建对象，隔离对象创建与使用，降低耦合。

1. 单例模式（Singleton）

核心作用 ：保证一个类全局只有一个实例，提供全局访问入口。

适用场景：工具类、配置类、线程池、缓存对象、日志对象。

常见实现：饿汉式、懒汉式、双重检查锁DCL、静态内部类、枚举（最优）。

代码示例（枚举最优）

java 复制代码 
// 枚举单例：线程安全、防止反射破坏、防止序列化破坏
public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void doSomething(){
        System.out.println("执行业务逻辑");
    }
}
// 使用：Singleton.INSTANCE.doSomething();

JDK源码出处：Runtime.getRuntime()、Spring容器Bean默认单例

2. 工厂方法模式（Factory Method）

核心作用 ：定义工厂抽象接口，由子类决定实例化哪个类，单一产品等级。

适用场景：同一类产品、不同具体实现，需要灵活扩展产品。

代码示例

java 复制代码 
// 产品接口
interface Phone{void call();}
// 具体产品
class IPhone implements Phone{@Override public void call(){System.out.println("苹果打电话");}}
class Huawei implements Phone{@Override public void call(){System.out.println("华为打电话");}}

// 工厂抽象
interface PhoneFactory{Phone createPhone();}
// 具体工厂
class IPhoneFactory implements PhoneFactory{@Override public Phone createPhone(){return new IPhone();}}
class HuaweiFactory implements PhoneFactory{@Override public Phone createPhone(){return new Huawei();}}

JDK源码出处：java.util.Calendar、线程池ThreadPoolExecutor

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

核心作用 ：工厂方法升级，支持产品族、多系列产品统一创建。

适用场景：多组关联产品、成套创建场景（如操作系统按钮/弹窗组件）。

核心特点：工厂方法是「单个产品」，抽象工厂是「产品族（成套产品）」

JDK源码出处：javax.xml.parsers 解析器工厂体系

4. 建造者模式（Builder）

核心作用 ：分步构建复杂对象，参数灵活组合，适配多参数、参数可选场景。

适用场景：实体类参数多、参数可选、链式赋值（如Lombok @Builder）。

代码示例（经典链式Builder）

java 复制代码 
public class User {
    private String name;
    private Integer age;
    private String email;

    // 私有构造
    private User(Builder builder){
        this.name = builder.name;
        this.age = builder.age;
        this.email = builder.email;
    }

    public static Builder builder(){return new Builder();}

    public static class Builder{
        private String name;
        private Integer age;
        private String email;

        public Builder name(String name){this.name = name;return this;}
        public Builder age(Integer age){this.age = age;return this;}
        public Builder email(String email){this.email = email;return this;}
        public User build(){return new User(this);}
    }
}
// 使用：User user = User.builder().name("张三").age(18).build();

JDK源码出处：StringBuilder、Spring BeanDefinitionBuilder

5. 原型模式（Prototype）

核心作用 ：通过对象克隆创建新对象，无需重新new，节省创建开销。

适用场景：对象创建成本高、大量相似对象、配置对象复制。

代码示例

java 复制代码 
class Person implements Cloneable{
    public String name;
    @Override
    public Person clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (Person)super.clone();
    }
}
// 使用：克隆生成新对象，不通过new
Person p1 = new Person();
Person p2 = p1.clone();

JDK源码出处：ArrayList.clone()、Object.clone()

三、结构型设计模式（7种）

核心目的：通过类继承、对象组合，灵活搭建系统结构，扩展功能、兼容适配。

1. 适配器模式（Adapter）

核心作用 ：接口转换、兼容适配，让不兼容的接口可以协同工作。

适用场景：新旧系统兼容、第三方接口适配、接口改造兼容老代码。

代码示例

java 复制代码 
// 新接口
interface NewSocket{void charge();}
// 老设备
class OldDevice{public void oldCharge(){System.out.println("老式充电");}}
// 适配器
class DeviceAdapter extends OldDevice implements NewSocket{
    @Override
    public void charge() {
        super.oldCharge();
    }
}

JDK源码出处：InputStreamReader、OutputStreamWriter

2. 装饰器模式（Decorator）

核心作用 ：动态给对象扩展功能，不修改原类代码，多层包装。

适用场景：IO流包装、权限增强、功能叠加扩展（JDK IO经典实现）。

核心区别 ：装饰器同接口、多层增强 ；适配器接口转换

JDK源码出处：BufferedReader、BufferedInputStream

3. 代理模式（Proxy）

核心作用 ：通过代理对象控制原对象访问，增强前后逻辑。

分类：静态代理、JDK动态代理、CGLIB代理。

适用场景：Spring AOP、事务控制、日志记录、权限校验、延时加载。

静态代理示例

java 复制代码 
interface UserService{void login();}
class UserServiceImpl implements UserService{@Override public void login(){System.out.println("登录业务");}}
// 代理类
class UserProxy implements UserService{
    private UserService target;
    public UserProxy(UserService target){this.target=target;}
    @Override
    public void login() {
        System.out.println("日志前置");
        target.login();
        System.out.println("日志后置");
    }
}

JDK源码出处：JDK动态代理Proxy、Spring AOP

4. 外观模式（Facade）

核心作用 ：提供统一入口，隐藏复杂子系统细节，简化调用。

适用场景：复杂模块封装、统一接口、系统分层入口。

代码示例：对外提供一个统一入口，隐藏多个子模块

JDK源码出处：java.lang.Runtime、SpringApplicationContext

5. 桥接模式（Bridge）

核心作用 ：分离抽象与实现，让两者独立扩展，解决多维度类爆炸问题。

适用场景：多维度变化场景（品牌+设备、颜色+形状等）。

核心作用：解决「多维度继承导致的类爆炸」

JDK源码出处：AWT、Swing 多维度组件设计

6. 组合模式（Composite）

核心作用 ：统一处理单个对象与组合对象，树形结构统一操作。

适用场景：菜单树、部门组织树、文件目录结构。

核心特点 ：叶子节点和容器节点统一操作

JDK源码出处：XML DOM树、文件File结构

7. 享元模式（Flyweight）

核心作用 ：对象池复用，共享细粒度对象，减少内存占用。

适用场景：线程池、字符串常量池、Integer缓存、连接池。

核心思想：内部不变（享元）、外部可变（外部状态）

JDK源码出处：IntegerCache、String常量池、ThreadPoolExecutor

四、行为型设计模式（11种）

核心目的：规范对象间通信、职责分配、流程控制、算法替换。

1. 策略模式（Strategy）

核心作用 ：定义一系列算法，算法可自由替换，消除大量if-else。

适用场景：支付方式、折扣算法、排序策略、业务分支判断。

代码示例（消灭if-else）

java 复制代码 
// 策略接口
interface PayStrategy{void pay();}
// 具体策略
class AliPay implements PayStrategy{@Override public void pay(){System.out.println("支付宝支付");}}
class WechatPay implements PayStrategy{@Override public void pay(){System.out.println("微信支付");}}
// 上下文调度
class PayContext{
    private PayStrategy strategy;
    public PayContext(PayStrategy strategy){this.strategy=strategy;}
    public void executePay(){strategy.pay();}
}

JDK源码出处：Comparator、ThreadPoolExecutor拒绝策略

2. 模板方法模式（Template Method）

核心作用 ：父类定义固定流程骨架，子类实现可变步骤。

适用场景：统一业务流程、框架固定执行流程（Spring源码大量使用）。

代码示例

java 复制代码 
abstract class AbstractTask{
    // 固定模板流程
    public final void execute(){
        before();
        doTask();
        after();
    }
    protected void before(){System.out.println("前置通用操作");}
    protected abstract void doTask();
    protected void after(){System.out.println("后置通用操作");}
}
// 子类只实现可变逻辑
class MyTask extends AbstractTask{
    @Override
    protected void doTask() {
        System.out.println("执行具体任务");
    }
}

JDK源码出处：Spring Framework 大量模板方法、HttpServlet

3. 观察者模式（Observer）

核心作用 ：发布-订阅机制，一对多消息通知，解耦发布者与订阅者。

适用场景：事件监听、消息推送、Spring事件机制、MQ消息消费。

核心特点：一对多、发布者与订阅者完全解耦

JDK源码出处：java.util.Observer、Spring ApplicationEvent

4. 迭代器模式（Iterator）

核心作用 ：提供统一遍历接口，隐藏集合内部结构。

适用场景：Java集合Iterator迭代器、统一遍历各类容器。

核心作用：统一遍历方式，屏蔽数组、链表、哈希表差异

JDK源码出处：java.util.Iterator、ListIterator

5. 责任链模式（Chain of Responsibility）

核心作用 ：多个处理器链式逐级处理请求，请求可传递、可终止。

适用场景：拦截器、过滤器、权限校验、审批流程、Spring拦截器链。

代码示例

java 复制代码 
// 处理器抽象
interface Handler{void handle(String request);}
// 具体处理器
class AuthHandler implements Handler{@Override public void handle(String req){System.out.println("权限校验");}}
class LogHandler implements Handler{@Override public void handle(String req){System.out.println("日志记录");}}
// 链式传递：可自由拼接、可中断

JDK源码出处：Servlet Filter、Spring Interceptor链

6. 命令模式（Command）

核心作用 ：将请求封装为对象，支持撤销、排队、日志、重试。

适用场景：任务队列、操作撤销、定时任务、指令调度。

核心价值：把「动作」变成「对象」，可存储、可排队、可撤销

JDK源码出处：Runnable、ThreadPoolExecutor任务提交

7. 状态模式（State）

核心作用 ：根据对象状态自动切换行为，消除大量状态判断if-else。

适用场景：订单状态、审批状态、游戏状态流转。

优势：彻底消除 if(状态1)、if(状态2) 烂代码

JDK源码出处：线程State状态机、Spring状态机

8. 备忘录模式（Memento）

核心作用 ：保存对象历史状态，支持状态回滚、撤销操作。

适用场景：文档撤销、版本回退、快照备份。

核心思想：单独保存快照，不破坏原对象

9. 访问者模式（Visitor）

核心作用 ：分离数据结构与数据操作，不修改实体类即可新增操作。

适用场景：数据统计、报表生成、固定结构多变操作场景。

特点 ：极少用、面试冷门、适合数据结构固定、操作频繁新增

10. 中介者模式（Mediator）

核心作用 ：通过中介统一通信，解除多对象耦合，避免多对多依赖。

适用场景：聊天室、消息中转、多模块交互调度。

解决痛点：多对象互相依赖，网状耦合爆炸

11. 解释器模式（Interpreter）

核心作用 ：定义语法规则，用于解析自定义表达式、语法。

适用场景：规则引擎、表达式解析、编译器语法解析（极少业务使用）。

特点：学习成本高、业务几乎不用，仅框架底层使用

五、23种设计模式终极汇总表

分类 包含模式 核心一句话作用
创建型5种 单例、工厂方法、抽象工厂、建造者、原型 管控对象创建，解耦创建与使用
结构型7种 适配器、装饰器、代理、外观、桥接、组合、享元 组装、扩展、适配系统结构，优化架构
行为型11种 策略、模板、观察者、迭代器、责任链、命令、状态、备忘录、访问者、中介者、解释器 规范对象交互、算法、流程、状态调度

六、面试高频重点模式（必背）

面试90%会问的核心模式：

  1. 单例模式：手写、线程安全、枚举优缺点

  2. 工厂模式：普通工厂、抽象工厂区别

  3. 建造者模式：实际开发应用场景

  4. 代理模式：动态代理、AOP原理

  5. 策略模式：消灭if-else实战

  6. 模板方法模式：框架源码高频

  7. 观察者模式：事件驱动原理

  8. 责任链模式：拦截器、过滤器原理

七、全文总结

  1. Java 经典设计模式共 23种，分为创建型(5)、结构型(7)、行为型(11)。

  2. 创建型 关注「对象怎么创建」，结构型 关注「代码怎么组装」，行为型关注「对象怎么交互执行」。

  3. 实际开发不用死记所有模式，重点掌握8大高频模式，可解决90%代码解耦、优化、架构设计问题。

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