Java设计模式是Java编程中非常重要的概念，它有助于提高代码的可维护性、可扩展性和可复用性。在面试中，Java设计模式相关的问题也经常被问到。本文将围绕Java设计模式面试题进行详细的解答，帮助读者更好地理解和掌握这些知识。

一、单例模式（Singleton Pattern）

1. 定义与概念

  • 单例模式是一种创建对象的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个实例。可以类比于一个公司只有一个CEO，整个公司的员工都通过特定的渠道（这个全局访问点）与CEO进行沟通。
  • 在Java中，实现单例模式有多种方式。例如，饿汉式单例模式。代码示例如下：

    • java

    public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton;

    private Singleton {}

    public static Singleton getInstance {

    return instance;

  • 这里，`private static Singleton instance`在类加载时就被创建，构造函数被私有化，防止外部创建新的实例，`getInstance`方法提供了获取这个唯一实例的途径。

    • 2. 面试常见问题

  • 问：单例模式的优点有哪些？
  • 答：单例模式可以节省系统资源，因为只有一个实例存在。例如在数据库连接管理中，如果每次都创建新的数据库连接对象（这是一个很耗费资源的操作），可能会导致系统资源耗尽。而使用单例模式的数据库连接管理类，可以确保整个应用程序只有一个数据库连接实例，提高了资源的利用率。
  • 问：单例模式的懒汉式和饿汉式有什么区别？
  • 答：懒汉式单例模式是在第一次调用`getInstance`方法时才创建实例，代码示例如下：

    • java

    public class LazySingleton {

    private static LazySingleton instance;

    private LazySingleton {}

    public static synchronized LazySingleton getInstance {

    if (instance == null) {

    instance = new LazySingleton;

    return instance;

    饿汉式是在类加载时就创建实例。懒汉式的优点是在不需要实例时不会创建，节省了内存空间，但需要注意线程安全问题（这里通过`synchronized`关键字解决）；饿汉式的优点是线程安全，简单直接，但可能会在不需要实例时就提前创建，占用内存资源。

    二、工厂模式（Factory Pattern）

    1. 定义与概念

  • 工厂模式是创建对象的一种设计模式，它提供了一种创建对象的方式，将对象的创建和使用分离。可以想象成一个工厂，它根据不同的需求（订单）生产不同的产品（对象）。
  • 简单工厂模式是工厂模式的基础，它有一个工厂类，这个工厂类根据传入的参数决定创建哪种具体的产品对象。例如，有一个汽车工厂类：

    • java

    public class CarFactory {

    public static Car createCar(String type) {

    if (type.equals("sedan")) {

    return new SedanCar;

    } else if (type.equals("SUV")) {

    return new SUVCar;

    } else {

    return null;

  • 这里，`CarFactory`根据传入的汽车类型（`sedan`或者`SUV`）创建不同类型的汽车对象。

    • 2. 面试常见问题

  • 问：工厂模式的好处是什么？
  • 答：工厂模式使得代码的耦合度降低。例如在一个大型项目中，如果直接在客户端代码中使用`new`关键字创建对象，当对象的创建逻辑发生变化时（比如创建对象需要更多的初始化参数），就需要修改很多客户端代码。而使用工厂模式，只需要修改工厂类中的创建逻辑，客户端代码不需要改变。
  • 问：工厂模式有哪些类型？
  • 答：除了简单工厂模式，还有工厂方法模式和抽象工厂模式。工厂方法模式是定义一个创建对象的接口，但让子类决定实例化哪个类。抽象工厂模式是提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

    • 三、观察者模式（Observer Pattern）

    1. 定义与概念

  • 观察者模式定义了对象之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（观察者）都会得到通知并自动更新。可以类比于新闻媒体（被观察者）和订阅者（观察者）的关系，当新闻媒体发布了新的新闻（状态改变），订阅者就会收到通知并查看新闻内容。
  • 在Java中，一个简单的观察者模式实现如下：
  • 首先是被观察者接口：

    • java

    Java设计模式面试题：常见考点与实例解析

    public interface Subject {

    void registerObserver(Observer o);

    void removeObserver(Observer o);

    void notifyObservers;

  • 然后是观察者接口：

    • java

    public interface Observer {

    void update(Subject s);

  • 接着是具体的被观察者类：

    • java

    public class ConcreteSubject implements Subject {

    private List observers = new ArrayList<>;

    private int state;

    @Override

    public void registerObserver(Observer o) {

    observers.add(o);

    @Override

    public void removeObserver(Observer o) {

    observers.remove(o);

    @Override

    public void notifyObservers {

    for (Observer observer : observers) {

    observer.update(this);

    public int getState {

    return state;

    public void setState(int state) {

    this.state = state;

    notifyObservers;

  • 最后是具体的观察者类：

    • java

    public class ConcreteObserver implements Observer {

    private Subject subject;

    private int observerState;

    public ConcreteObserver(Subject subject) {

    this.subject = subject;

    subject.registerObserver(this);

    @Override

    public void update(Subject s) {

    observerState = ((ConcreteSubject) s).getState;

    System.out.println("Observer state updated: " + observerState);

    2. 面试常见问题

  • 问：观察者模式在实际开发中有哪些应用场景？
  • 答：在图形用户界面（GUI）开发中经常用到观察者模式。例如，当用户点击一个按钮（被观察者状态改变），与之相关的多个组件（观察者）可能需要更新显示内容。在消息推送系统中也可以使用，当有新的消息到达服务器（被观察者状态改变），多个客户端（观察者）会收到通知并显示新消息。
  • 问：观察者模式的缺点有哪些？
  • 答：如果观察者数量过多，通知的开销会比较大。而且在存在循环依赖的情况下，可能会导致系统出现问题。例如，如果观察者A观察观察者B，同时观察者B也观察观察者A，当它们的状态相互影响时，可能会产生难以预料的结果。

    • 四、策略模式（Strategy Pattern）

    1. 定义与概念

  • 策略模式定义了一系列的算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换。可以类比于出行方式的选择，如步行、骑自行车、坐汽车都是到达目的地的策略，根据不同的情况（如距离远近、时间是否充裕等）可以选择不同的策略。
  • 在Java中，例如有一个计算费用的场景，有不同的折扣策略：

    • java

    public interface DiscountStrategy {

    double calculateDiscount(double price);

  • 然后是具体的折扣策略类，如普通会员折扣策略：

    • java

    public class NormalMemberDiscount implements DiscountStrategy {

    @Override

    public double calculateDiscount(double price) {

    return price 0.9;

  • 高级会员折扣策略：

    • java

    public class PremiumMemberDiscount implements DiscountStrategy {

    @Override

    public double calculateDiscount(double price) {

    return price 0.8;

  • 最后是使用策略的上下文类：

    • java

    public class PriceCalculator {

    private DiscountStrategy discountStrategy;

    public PriceCalculator(DiscountStrategy discountStrategy) {

    this.discountStrategy = discountStrategy;

    public double calculateFinalPrice(double price) {

    return discountStrategy.calculateDiscount(price);

    2. 面试常见问题

  • 问：策略模式的优点是什么？
  • 答：策略模式使得算法可以独立于使用它的客户而变化。例如在上述的折扣计算场景中，如果要添加新的折扣策略，只需要创建一个新的实现`DiscountStrategy`接口的类，而不需要修改`PriceCalculator`类的主要逻辑。这提高了代码的可维护性和可扩展性。
  • 问：策略模式和工厂模式有什么区别？
  • 答：工厂模式主要关注对象的创建，而策略模式关注的是算法的封装和替换。工厂模式是根据不同的条件创建不同类型的对象，而策略模式是在已经存在的对象中选择不同的算法来执行特定的任务。

    • 五、结论

    Java设计模式在Java编程中有着重要的地位，无论是在提高代码质量、可维护性还是在应对面试等方面都非常关键。单例模式有助于资源管理，工厂模式降低了代码的耦合度，观察者模式实现了对象间的一对多依赖关系，策略模式使得算法可以灵活替换。理解这些设计模式的概念、实现方式以及应用场景，能够帮助Java开发者更好地应对工作中的实际问题，同时在面试中也能展现出扎实的知识基础。在实际的学习和工作中，应该不断地深入研究和实践这些设计模式，以便能够熟练地运用它们来构建高效、可维护的Java应用程序。