极高频率出现的设计模式面试题

设计模式是Java工程师日常工作中非常重要的一个技能，可以使用设计模式重构整体的架构代码、提交代码复用性、扩展性等等，如果大家想要成为Java工程师那么这项技能是必须会的，如果大家正处于找工作阶段，那么这套战略性的设计模式面试题就需要你掌握它。

1.什么是单例模式?

答：单例模式是一种常用的软件设计模式，在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在，整个系统只能使用一个对象实例。

优点：不会频繁地创建和销毁对象，浪费系统资源。

使用场景：IO 、数据库连接、Redis 连接等。

单例模式代码实现：

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

单例模式调用代码：

public class Lesson7\_3 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); 
    }
}

程序的输出结果：true

可以看出以上单例模式是在类加载的时候就创建了，这样会影响程序的启动速度，那如何实现单例模式的延迟加载?在使用时再创建?

单例延迟加载代码：

// 单例模式-延迟加载版
class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy instance;
    public static SingletonLazy getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }
}

以上为非线程安全的，单例模式如何支持多线程?

使用 synchronized 来保证，单例模式的线程安全代码：

class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy instance;
    public static synchronized SingletonLazy getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }
}

2.什么是简单工厂模式?

答：简单工厂模式又叫静态工厂方法模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。比如，一台咖啡机就可以理解为一个工厂模式，你只需要按下想喝的咖啡品类的按钮(摩卡或拿铁)，它就会给你生产一杯相应的咖啡，你不需要管它内部的具体实现，只要告诉它你的需求即可。

优点：

工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品;简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割，它提供了专门的工厂类用于创建对象;

客户端无须知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量;

通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。

缺点：

不易拓展，一旦添加新的产品类型，就不得不修改工厂的创建逻辑;

产品类型较多时，工厂的创建逻辑可能过于复杂，一旦出错可能造成所有产品的创建失败，不利于系统的维护。

简单工厂代码实现：

class Factory {
    public static String createProduct(String product) {
        String result = null;
        switch (product) {
            case "Mocca":
                result = "摩卡";
                break;
            case "Latte":
                result = "拿铁";
                break;
            default:
                result = "其他";
                break;
        }
        return result;
    }
}

3.什么是抽象工厂模式?

答：抽象工厂模式是在简单工厂的基础上将未来可能需要修改的代码抽象出来，通过继承的方式让子类去做决定。

比如，以上面的咖啡工厂为例，某天我的口味突然变了，不想喝咖啡了想喝啤酒，这个时候如果直接修改简单工厂里面的代码，这种做法不但不够优雅，也不符合软件设计的“开闭原则”，因为每次新增品类都要修改原来的代码。这个时候就可以使用抽象工厂类了，抽象工厂里只声明方法，具体的实现交给子类(子工厂)去实现，这个时候再有新增品类的需求，只需要新创建代码即可。

抽象工厂实现代码如下：

public class AbstractFactoryTest {
   public static void main(String[] args) {
       // 抽象工厂
       String result = (new CoffeeFactory()).createProduct("Latte");
       System.out.println(result); // output:拿铁
   }
}
// 抽象工厂
abstract class AbstractFactory{
   public abstract String createProduct(String product);
}
// 啤酒工厂
class BeerFactory extends AbstractFactory{
   @Override
   public String createProduct(String product) {
       String result = null;
       switch (product) {
           case "Hans":
               result = "汉斯";
               break;
           case "Yanjing":
               result = "燕京";
               break;
           default:
               result = "其他啤酒";
               break;
       }
       return result;
   }
}
/\* \* 咖啡工厂 \*/
class CoffeeFactory extends AbstractFactory{
   @Override
   public String createProduct(String product) {
       String result = null;
       switch (product) {
           case "Mocca":
               result = "摩卡";
               break;
           case "Latte":
               result = "拿铁";
               break;
           default:
               result = "其他咖啡";
               break;
       }
       return result;
   }
}

4.什么是观察者模式?

观察者模式是定义对象间的一种一对多依赖关系，使得每当一个对象状态发生改变时，其相关依赖对象皆得到通知并被自动更新。观察者模式又叫做发布-订阅(Publish/Subscribe)模式、模型-视图(Model/View)模式、源-监听器(Source/Listener)模式或从属者(Dependents)模式。 优点：

• 观察者模式可以实现表示层和数据逻辑层的分离，并定义了稳定的消息更新传递机制，抽象了更新接口，使得可以有各种各样不同的表示层作为具体观察者角色;
• 观察者模式在观察目标和观察者之间建立一个抽象的耦合;
• 观察者模式支持广播通信;
• 观察者模式符合开闭原则(对拓展开放，对修改关闭)的要求。

缺点：

• 如果一个观察目标对象有很多直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间;
• 如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃;
• 观察者模式没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而仅仅只是知道观察目标发生了变化。

在观察者模式中有如下角色：

• Subject：抽象主题(抽象被观察者)，抽象主题角色把所有观察者对象保存在一个集合里，每个主题都可以有任意数量的观察者，抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象;
• ConcreteSubject：具体主题(具体被观察者)，该角色将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题的内部状态发生改变时，给所有注册过的观察者发送通知;
• Observer：抽象观察者，是观察者者的抽象类，它定义了一个更新接口，使得在得到主题更改通知时更新自己;
• ConcrereObserver：具体观察者，实现抽象观察者定义的更新接口，以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。

观察者模式实现代码如下。

1)定义观察者(消息接收方)

/\* \* 观察者（消息接收方） \*/
interface Observer {
    public void update(String message);
}
/\* \* 具体的观察者（消息接收方） \*/
class ConcrereObserver implements Observer {
    private String name;

    public ConcrereObserver(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + "：" + message);
    }
}

2)定义被观察者(消息发送方)

/\* \* 被观察者（消息发布方） \*/
interface Subject {
    // 增加订阅者
    public void attach(Observer observer);
    // 删除订阅者
    public void detach(Observer observer);
    // 通知订阅者更新消息
    public void notify(String message);
}
/\* \* 具体被观察者（消息发布方） \*/
class ConcreteSubject implements Subject {
    // 订阅者列表（存储信息）
    private List<Observer> list = new ArrayList<Observer>();
    @Override
    public void attach(Observer observer) {
        list.add(observer);
    }
    @Override
    public void detach(Observer observer) {
        list.remove(observer);
    }
    @Override
    public void notify(String message) {
        for (Observer observer : list) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

3)代码调用

public class ObserverTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义发布者
        ConcreteSubject concreteSubject = new ConcreteSubject();
        // 定义订阅者
        ConcrereObserver concrereObserver = new ConcrereObserver("老王");
        ConcrereObserver concrereObserver2 = new ConcrereObserver("Java");
        // 添加订阅
        concreteSubject.attach(concrereObserver);
        concreteSubject.attach(concrereObserver2);
        // 发布信息
        concreteSubject.notify("更新了");
    }
}

程序执行结果如下：

老王：更新了

Java：更新了

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