java中常见的设计模式以及常见的面试题

在Java中，常见的设计模式同样包括创建型模式、结构型模式和行为型模式。下面是一些在Java中特别常见的设计模式及其简要描述：

创建型模式：

• 单例模式（Singleton Pattern）：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。Java中的java.lang.Runtime就是一个单例模式的经典例子。
• 工厂模式（Factory Pattern）：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。

结构型模式：

• 适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。适配器让原本由于接口不兼容而无法协同工作的类可以一起工作。
• 装饰器模式（Decorator Pattern）：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，装饰器模式相比生成子类更为灵活。Java的IO类库就大量使用了装饰器模式。

行为型模式：

• 观察者模式（Observer Pattern）：定义对象之间的一对多依赖关系，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。在Java的Swing和事件监听中，观察者模式被广泛使用。
• 策略模式（Strategy Pattern）：定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互相替换。策略模式使得算法可以独立于使用它的客户变化。

以下是一些常见的Java设计模式面试题及其答案：

面试题：请解释单例模式，并给出一个线程安全的Java实现。

答案：单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。一个线程安全的Java实现可以使用双重检查锁定（double-checked locking）来确保单例的唯一性，同时避免不必要的同步开销。以下是一个示例：

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;
    }
}

在这个实现中，volatile关键字确保instance变量的可见性，而双重检查锁定则确保只有在instance为null时才会进入同步块，从而避免了不必要的同步开销。

面试题：请描述工厂模式，并给出一个Java中的使用场景。

答案：工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种在不指定具体类的情况下创建对象的方法。在Java中，工厂模式常用于创建那些不需要提前知道具体类型的对象，或者对象的创建过程比较复杂的情况。例如，Java中的Boolean.valueOf(String s)方法就使用了工厂模式来创建Boolean对象。当传入一个字符串时，这个方法会根据字符串的内容返回一个对应的Boolean对象，而无需直接调用new Boolean(String s)。

面试题：请解释什么是适配器模式，并给出一个在Java中的使用场景。

答案：适配器模式是一种结构型设计模式，它允许将一个类的接口转换成客户端所期望的另一种接口，从而使得原本由于接口不兼容而无法协同工作的类能够一起工作。在Java中，适配器模式常用于解决旧代码与新代码之间的接口不兼容问题。例如，假设我们有一个旧的类库，它提供了一些方法来完成特定的任务，但新的代码需要调用不同的方法来完成相同的任务。这时，我们可以创建一个适配器类，该类包装旧类库中的对象，并提供新的接口方法，以便新代码可以调用这些方法来完成任务。

面试题：请描述装饰器模式，并解释它在Java IO中的应用。

答案：装饰器模式是一种结构型设计模式，它允许用户通过动态地给一个对象添加一些额外的职责来扩展对象的功能。就增加功能来说，装饰器模式相比生成子类更为灵活。在Java IO中，装饰器模式被广泛使用。例如，BufferedReader和BufferedWriter就是典型的装饰器类，它们分别装饰了Reader和Writer对象，为它们添加了缓冲功能，从而提高了IO操作的效率。通过使用装饰器模式，Java IO库可以灵活地组合不同的功能，从而满足各种不同的IO需求。

面试题：请解释观察者模式，并给出一个在Java Swing中的使用场景。

答案：观察者模式是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。当主题对象状态发生改变时，它的所有依赖者（观察者）都会收到通知并自动更新。在Java Swing中，观察者模式被广泛应用于各种事件监听中。例如，当我们点击一个按钮时，按钮会触发一个点击事件，这个事件会被注册在按钮上的所有监听器（观察者）接收到，并执行相应的处理逻辑。通过这种方式，Swing框架实现了用户界面与业务逻辑的解耦，使得代码更加灵活和可维护。

面试题：请解释原型模式，并给出一个Java中的使用场景。

答案：原型模式是一种创建型设计模式，它用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。在Java中，当我们需要创建大量相同或相似对象时，原型模式可以显著提高性能。例如，在游戏开发中，角色、怪物等对象可能需要频繁创建，使用原型模式可以避免重复初始化，直接复制已有对象的状态来创建新对象。

面试题：请描述模板方法模式，并解释其优点。

答案：模板方法模式是一种行为型设计模式，它在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重新定义该算法的某些特定步骤。其优点包括：提高了代码的复用性，将不变的行为搬到超类，去除了子类中的重复代码；提高了系统的扩展性，新增行为也比较容易，无需修改原有代码；符合开闭原则。

面试题：请谈谈你对策略模式的理解，并给出一个在Java中的使用场景。

答案：策略模式是一种行为型设计模式，它定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互相替换。策略模式使得算法可以独立于使用它的客户变化。在Java中，策略模式常用于处理不同算法或行为的替换。例如，排序算法就可以使用策略模式来实现，我们可以定义不同的排序策略（如冒泡排序、快速排序等），然后根据需要选择合适的策略进行排序。

面试题：请解释什么是建造者模式，并给出一个Java中的使用场景。

答案：建造者模式是一种创建型设计模式，它将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。建造者模式一步一步创建一个复杂的对象。它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。在Java中，当我们需要创建一个具有多个属性的复杂对象时，可以使用建造者模式来简化对象的创建过程。例如，创建一个具有多个配置选项的服务器对象时，可以使用建造者模式来逐步设置这些配置选项，并最终构建出所需的服务器对象。

这些面试题只是设计模式在Java中应用的一部分示例，实际上设计模式的应用场景非常广泛，几乎涵盖了软件开发的各个方面。掌握并熟练运用设计模式可以使你的代码更加健壮、灵活和可维护。。