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设计模式面试知识点总结

article 2024/12/31 6:16:52

文章目录

设计原则
常用设计模式
- 单例模式
- - 1. 饿汉式
  - 2. 懒汉式
  - 3. 双重检测
- 工厂方法模式（简单工厂、工厂方法、抽象工厂）
- - 简单工厂
  - 静态工厂
  - 工厂方法模式
  - 抽象工厂模式
- 策略模式
- 责任链模式

设计原则

标记	设计模式原则名称	简单定义
OCP	开闭原则	对扩展开放，对修改关闭
SRP	单一职责原则	一个类只负责一个功能领域中的相应职责
LSP	里氏代换原则	所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象
DIP	依赖倒转原则	依赖于抽象，不能依赖于具体实现
ISP	接口隔离原则	类之间的依赖关系应该建立在最小的接口上
CARP	合成/聚合复用原则	尽量使用合成/聚合，而不是通过继承达到复用的目的
LOD	迪米特法则	一个软件实体应当尽可能少的与其他实体发生相互作用

其中，单一职责原则、开闭原则、迪米特法则、里氏代换原则和接口隔离原则就是我们平常熟知的SOLID。

常用设计模式

单例模式

保证一个类只能有一个实例，并提供一个全局访问点。

单例模式的实现需要三个必要的条件：

单例类的构造函数必须是私有的，这样才能将类的创建权控制在类的内部，从而使得类的外部不能创建类的实例。
单例类通过一个私有的静态变量来存储其唯一实例。
单例类通过提供一个公开的静态方法，使得外部使用者可以访问类的唯一实例。

另外，实现单例类时，还需要考虑三个问题：

创建单例对象时，是否线程安全。
单例对象的创建，是否延时加载。
获取单例对象时，是否需要加锁（锁会导致低性能）。

1. 饿汉式

饿汉式的单例实现比较简单，其在类加载的时候，静态实例instance 就已创建并初始化好了。

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

优点：
- 单例对象的创建是线程安全的；
- 获取单例对象时不需要加锁。
缺点：单例对象的创建，不是延时加载。

2. 懒汉式

与饿汉式对应的是懒汉式，懒汉式为了支持延时加载，将对象的创建延迟到了获取对象的时候，但为了线程安全，不得不为获取对象的操作加锁，这就导致了低性能。

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

优点：
- 对象的创建是线程安全的。
- 支持延时加载。
缺点：获取对象的操作被加上了锁，影响了并发度。
- 如果单例对象需要频繁使用，那这个缺点就是无法接受的。
- 如果单例对象不需要频繁使用，那这个缺点也无伤大雅。

3. 双重检测

饿汉式和懒汉式的单例都有缺点，双重检测的实现方式解决了这两者的缺点。
双重检测将懒汉式中的 synchronized 方法改成了 synchronized 代码块。

public class Singleton { 
  private  valatile static Singleton instance;
  
  private Singleton () {}
  
  public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
      synchronized(Singleton.class) { // 注意这里是类级别的锁
        if (instance == null) {       // 这里的检测避免多线程并发时多次创建对象
          instance = new Singleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
}

双重检测单例优点：

对象的创建是线程安全的。
支持延时加载。
获取对象时不需要加锁。

使用场景：
单例模式可以用来管理一些共享资源，比如数据库连接池，线程池；解决资源冲突问题，比如日志打印。节省内存空间，比如配置信息类。

工厂方法模式（简单工厂、工厂方法、抽象工厂）

在java中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

简单工厂

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。

注意

1.类图中的符号
+：表示public
-：表示private
#：表示protected
2.泛化关系(继承)用带空心三角箭头的实线来表示
3.依赖关系使用带箭头的虚线来表示

工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可。这样也就解除了和Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和
商品对象的耦合。后期如果再加新品种的咖啡，我们势必要需求修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

优点：
封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。
缺点：
增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

静态工厂

在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静
态工厂模式

public class SimpleCoffeeFactory {
public static Coffee createCoffee(String type) {
Coffee coffee = null;
if("americano".equals(type)) {
coffee = new AmericanoCoffee();
} else if("latte".equals(type)) {
coffee = new LatteCoffee();
}
return coffe;
}
}

工厂方法模式

针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则。定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。

要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。
工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

优点：
用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；
缺点：
每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

抽象工厂模式

工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机、传智播客只培养计算机软件专业的学生等。
这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类）的产品，如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

抽象工厂模式的主要角色如下：