设计模式：春招面试的关键知识储备

在之前的文章中，我们深入探讨了分布式事务，了解了它在分布式系统中的重要性以及常见的解决方案。而在软件开发领域，设计模式是提升代码质量、可维护性和可扩展性的关键要素。设计模式是对软件开发中反复出现的问题的通用解决方案，它们提供了一种抽象和复用的思路，让开发者能够更高效地构建稳健的软件系统。在春招面试中，对设计模式的考察是检验候选人编程能力和设计思维的重要环节，下面我们就来详细了解。

一、设计模式的分类

设计模式主要分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。

• 创建型模式：主要用于对象的创建过程，将对象的创建和使用分离，提高代码的灵活性和可维护性。常见的创建型模式有单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式和原型模式。例如，单例模式确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点，在数据库连接池、线程池等场景中广泛应用，避免了资源的重复创建和浪费。

• 结构型模式：关注如何将类或对象组合成更大的结构，以实现特定的功能。常见的结构型模式有代理模式、适配器模式、桥接模式、装饰器模式、外观模式、享元模式和组合模式。比如代理模式，为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问，在远程方法调用、事务管理、权限控制等场景中发挥作用，通过代理对象可以在不修改目标对象的基础上，添加额外的功能。

• 行为型模式：主要用于处理对象之间的交互和职责分配，关注对象之间的通信和协作方式。常见的行为型模式有策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代器模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式和解释器模式。以观察者模式为例，它定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖它的对象都会得到通知并自动更新，在消息推送、事件驱动等场景中应用广泛。

二、常见设计模式原理与应用场景

单例模式

原理：单例模式通过将构造函数私有化，确保外部无法直接创建对象，同时提供一个静态方法来获取唯一的实例。在 Java 中，常见的实现方式有饿汉式和懒汉式。饿汉式在类加载时就创建实例，线程安全但可能造成资源浪费；懒汉式在第一次使用时创建实例，实现了延迟加载，但在多线程环境下需要额外的同步机制来保证线程安全。

应用场景：数据库连接池、日志记录器、线程池等需要全局唯一实例的场景。例如，在一个大型企业级应用中，数据库连接池使用单例模式，确保整个应用中只有一个连接池实例，避免了多个连接池实例带来的资源浪费和管理复杂性。

工厂模式

原理：工厂模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂类负责创建对象的逻辑，将对象的创建和使用分离。例如，简单工厂模式中，工厂类有一个创建产品对象的方法，根据传入的参数决定创建哪种具体的产品对象；工厂方法模式中，工厂类是一个抽象类，定义了抽象的创建产品对象的方法，由具体的子类实现该方法来创建特定的产品对象。

应用场景：对象创建过程复杂，需要进行大量的初始化操作；根据不同条件创建不同类型的对象。在游戏开发中，创建不同类型的游戏角色（如战士、法师、刺客等）可以使用工厂模式，通过工厂类根据玩家的选择创建相应的角色对象，提高了代码的可维护性和扩展性。

代理模式

原理：代理模式中，代理对象和目标对象实现相同的接口，代理对象持有目标对象的引用。当客户端调用代理对象的方法时，代理对象可以在调用目标对象的方法前后添加额外的逻辑，如权限检查、日志记录、事务管理等。

应用场景：远程方法调用（RMI、RPC 等）、事务管理、权限控制、缓存等场景。在分布式系统中，当客户端需要调用远程服务时，通过代理对象可以隐藏远程调用的细节，如网络通信、序列化和反序列化等，使客户端像调用本地方法一样调用远程服务。

观察者模式

原理：观察者模式中，被观察对象（主题）维护一个观察者列表，当被观察对象的状态发生变化时，会通知所有注册的观察者，观察者根据接收到的通知进行相应的操作。在 Java 中，java.util.Observable类和java.util.Observer接口提供了观察者模式的基本实现。

应用场景：消息推送、事件驱动系统、图形界面中的事件处理等场景。在社交媒体平台中，当用户发布一条新动态时，关注该用户的其他用户（观察者）会收到通知，实现了信息的实时推送。

三、面试题

面试题 1：请简述单例模式的两种常见实现方式及其优缺点。

答案：

• 饿汉式：在类加载时就创建实例，优点是实现简单，线程安全；缺点是可能造成资源浪费，因为即使实例没有被使用，也会在类加载时创建。

• 懒汉式：在第一次使用时创建实例，优点是实现了延迟加载，避免资源浪费；缺点是在多线程环境下需要额外的同步机制来保证线程安全，否则可能创建多个实例。

面试题 2：工厂模式和抽象工厂模式有什么区别？

答案：

• 工厂模式：定义了一个创建对象的接口，由子类决定要实例化的类是哪一个，通常创建单一类型的对象。例如简单工厂模式根据传入的参数创建不同的具体产品对象，工厂方法模式由具体子类实现创建特定产品对象的方法。

• 抽象工厂模式：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。抽象工厂模式可以创建多个不同类型的对象，这些对象之间可能存在一定的关联。例如，在一个游戏开发中，抽象工厂模式可以创建不同类型的游戏角色（战士、法师等）以及他们对应的武器（剑、法杖等），通过一个抽象工厂接口来统一管理这些对象的创建。

深入理解设计模式的原理和应用场景，能让你在春招面试中更好地展示自己的编程能力和设计思维。下一篇，我们将探索数据结构与算法相关知识，继续为你的春招面试备考助力。