技能篇：实际开发常用设计模式

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原创最新推荐文章于 2026-04-06 09:26:21 发布 272 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

PS/2鼠标接口协议一、PS/2鼠标接口 PS/2接口用于许多现代的鼠标和键盘，由ＩＢＭ最初开发和使用。物理上的PS/2接口有两种类型的连接器：５脚的DIN和６脚的MINI－DIN。二、鼠标的接口协议原理 PS/2鼠标接口采用一种双向同步串行协议。即每在时钟线上发一个脉冲，就在数据线上发送一位数据。但是在相互传输中，主机是拥有总线控制权的阅读详情

创建型

单例模式

单例对象能节约系统资源，一个对象的创建和消亡的开销可能很小。但是日常的服务接口，就算是一般小公司也有十几万的QPS吧。每一次的功能运转都创建新的对象来响应请求，十几万对象的创建和销毁，想想就是一笔大开销，所以 spring 管理构造的 bean 对象一般都是单例。而且单例模式可以更好的解决并发的问题，方便实现数据的同步性

优点
- 在内存中只有一个对象，节省内存空间
- 避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能
- 避免对共享资源的多重占用，简化访问
- 为整个系统提供一个全局访问点
缺点
- 不适用于变化频繁的对象

//饿汉式 private static Singleton singleton = new Singleton();

//懒汉式 private static Singleton singleton; public static Singleton getSingleton(){ if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); //被动创建，在真正需要使用时才去创建 } return singleton; }

//双重判断加锁机制 private volatile static Singleton instance; //程序运行时创建一个静态只读的进程辅助对象 public static Singleton GetInstance() { //先判断是否存在，不存在再加锁处理 if (instance == null){ synchronized (Singleton.class){ if(instance == null){ instance = new Singleton(); } } } return instance; }

//静态初始化 private static readonly Singleton instance= new Singleton(); public static Singleton GetInstance(){ return instance; }

工厂模式

使用者不关心对象的实例化过程，只关心对象的获取。工厂模式使得产品的实例化过程和消费者解耦

优点
- 一个调用者想创建一个对象，只需通过其名称或其他唯一键值在工厂获取
- 扩展性高，如果想增加生产一种类型对象，只要扩展工厂类就可以
缺点
- 工厂类不太理想，因为每增加一产品，都要在工厂类中增加相应的生产判断逻辑，这是违背开闭原则的

public interface Sender{ public void send(); } public class MailSender implements Sender { @Override public void send() { System.out.println("this is mailsender!"); } } public class SmsSender implements Sender { @Override public void send() { System.out.println("this is sms sender!"); } } public class SendFactory { public Sender produce(String type) { if ("mail".equals(type)) { return new MailSender(); } else if ("sms".equals(type)) { return new SmsSender(); } else { return null; } } //若还有其他产品则在工厂里加对应的 produce 方法 }

建造者模式

主要解决在软件系统中一个复杂对象的创建工作，其通常由各个部分的子对象用一定的算法构成；由于需求的变化，这个复杂对象的各个部分经常面临着剧烈的变化，但是将它们组合在一起的算法却相对稳定

优点
- 扩展性好，对象每一个属性的构建相互独立，有利于解耦。
- 建造者可以对创建过程逐步细化，而不对其它模块产生任何影响，便于控制细节风险
缺点
- 如果对象建造者发生变化，则建造者也要同步修改，后期维护成本较大
- 一种建造者对应一种类型建造，一个建造者基本很难建造多种类型对象

@Data class Product { private String name; private String price; // Product 的建造者 Builder public static class Builder{ public static Builder builder(){ Builder builder = Builder(); } private Product product = new Product(); public Builder name(String name){ product.name = name; return this;} public Builder price(String price){ product.price = price; return this; } //返回产品对象 public Product build() { return product; } } }

结构型

适配器模式

连通上下游功能。一般是现有的功能和产品要求的接口不兼容，需要做转换适配。平时见到的 PO，BO，VO，DTO 模型对象之间的相互转换也是一种适配的过程

优点：提高了类的复用，灵活性好
缺点：过多地使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。比如，明明看到调用的是 A 接口，其实内部被适配成了 B 接口的实现

//类的适配器模式 public class Source { public void sayHello() { System.out.println("lwl:hello!"); } } public interface Targetable { /* Source方法相同 */ public void sayHello(); /* 新增的方法 */ public void hi(); } // Source 用 Adapter 适配成 Targetable public class Adapter extends Source implements Targetable { @Override public void hi() { System.out.println("csc:hi!"); } }

//对象的适配器模式 public class Source { public void sayHello() { System.out.println("lwl:hello!"); } } public interface Targetable { /* Source方法相同 */ public void sayHello(); /* 新增的方法 */ public void hi(); } // Source的对象适配成 Targetable public class Adapter implements Targetable { private Source source; public Adapter(Source source){ this.source = source; } public void sayHello(){ source.sayHello(); } @Override public void hi() { System.out.println("csc:hi!"); } }

装饰器模式

增强对象功能，动态的为一个对象增加功能，而且还能动态撤销。（继承不能做到这一点，继承的功能是静态的，不能动态增删）

public interface Show(){ public void acting(); } public class Artist implements Show { public void acting(){ System.out.println("lwl 在唱歌!"); } } public class DecoratorArtist implements Show{ Artist artist; DecoratorArt(Artist artist){ this.artist = artist; } public void acting(){ System.out.println("lwl 在弹钢琴!"); //增强的功能 this.artist.acting(); System.out.println("表演完毕!"); //增强的功能 } }

代理模式

代理类是客户类和委托类的中介，可以通过给代理类增加额外的功能来扩展委托类的功能，这样只需要修改代理类而不需要再修改委托类，符合代码设计的开闭原则

和装饰器模式的区别：代理模式着重于增强类功能，且对面屏蔽原对象的创建过程；装饰器模式增强的是对象，且装饰器模式有一个动态传递原对象的步骤
和对象的适配器模式优点像：不过代理模式着重的是对原功能增强，适配器模式着重的是对新功能的兼容
优点-1、职责清晰。 2、高扩展性

public class Artist implements Show { public void acting(){ System.out.println("lwl 在唱歌!"); } } public class ProxyArtist implements Show{ Artist artist; ProxyArtist(){ this.artist = new Artist();//屏蔽了 artist 对象的创建 } public void acting(){ System.out.println("lwl 在弹钢琴!"); //增强的功能 this.artist.acting(); System.out.println("表演完毕!"); //增强的功能 } } public class Demo { public static void main(String[] arg){ Show show = new ProxyArtist(); show.acting(); } }

桥接模式

桥接模式侧重于功能的抽象，从而基于这些抽象接口构建上层功能。一般的java 项目都会将接口和实现分离原因，就是基于桥接模式。提高了系统的扩展能力，当引用的底层逻辑有不同的设计实现时，继承抽象接口重新实现一套即可，旧的不变，符合代码设计的开闭原则

jdbc 的驱动：常用的JDBC 和 DriverManager，JDBC进行连接数据库的时候，在各个数据库之间进行切换，基本不需要动太多的代码，原因就是JDBC提供统一接口，每个数据库提供各自的实现，用一个叫做数据库驱动的程序来桥接
Unix 的文件系统：VFS（virtual File System）使得 Unix 系统可以在不同物理介质上的不同文件系统进行读写

public interface FileSystem(){ public void open(int file); public String loading(int file); public void store(int file, String data); } //网络上的文件系统 public class NetFileSystem implements FileSystem { public void open(int file){ System.out.println(" netfile opening...."); } public String loading(int file) {System.out.println(" net loading ...."); } public void store(int file, String data) {System.out.println(" send to network ...."); } } //磁盘文件系统 public class DiskFileSystem implements FileSystem{ public void open(int file){ System.out.println(" disk opening...."); } public String loading(int file) {System.out.println(" disk loading ...."); } public void store(int file, String data) {System.out.println(" write back disk ...."); } } public class Linux { FileSystem fileSystem; //底层功能提供接口，桥接模式：功能和具体实现分离 //可以桥接 NetFileSystem 或者 DiskFileSystem 作为文件系统 public void set(FileSystem fileSystem){ this.fileSystem = fileSystem; } //上层功能读数据 public String read(int file){ fileSystem.open(file); ... // Linux 自己的系统功能 fileSystem.loading(file); ... } //上层功能写数据 public String write(int file, String data){ fileSystem.open(file); .... fileSystem.store(file,data); } }

可配合适配器模式使用

享元模式

多个对象共享某些属性。在创建有大量对象时，可能会造成内存溢出，把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的请求，直接返回在内存中同一份属性，避免重新创建

如 jdbc 连接池的连接对象，它们会共享池对象的 url、driverClassName、username、password 等属性

public class ConnectionPool { private Vector<Connection> pool; /*公有属性*/ private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test"; private String username = "root"; private String password = "root"; private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver"; public ConnectionPool() { pool = new Vector<Connection>(poolSize); for (int i = 0; i < poolSize; i++) { Class.forName(driverClassName); // 每一个 conn 共享了 driverClassName ，url, username, password 等属性 Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password); pool.add(conn); } } .... }

外观模式

用多个不同的对象实现一组更复杂的功能。使得类与类之间的关系解耦。如 spring 将使用各个简单的 component、dao 实现复杂的service，就是一种外观模式
功能的组合，组合优于继承

public class DAO { public void queryData(){ System.out.print(" query data ") } } public class Deal { public void dealData(){ System.out.print(" dealing data ") } } public class Sender { public void send(){ System.out.print(" send data ") } } public class Service(){ private DAO dao; private Deal deal; private Sender sender; //封装 DAO，Deal，Sender 的功能，统一对外提供服务 public void reponse(){ dao.queryData(); deal.dealData(); sender.send(); } }

行为型

策略模式

策略模式侧重于不同的场景使用不同的策略。在有多种算法相似的情况下，解决 if...else 所带来的复杂和难以维护

和桥接模式的区别：而桥接模式是结构型模式，侧重于分离底层功能的抽象和实现，底层只有一种实现也可以

// 上学的策略 abstract class Strategy{ private static final Map<Integer,Strategy> strategyMap = new ConcurrentHashMap<>(); public Strategy(){ strategyMap.put(getType(), this); } public static Strategy routing(int type){ return strategyMap.get(type); } abstract int getType(); abstract void method(); //留待子类实现差异 } //跑路去学校 class RunningStrategy extends Strategy{ int getType() { return 0; } void method() { System.out.println(" Run to school "); } } //公交去学校 class BusStrategy extends Strategy{ int getType() { return 1; } void method() { System.out.println(" Go to school by bus "); } } //飞去学校 class FlyStrategy extends Strategy{ int getType() { return 2; } void method() { System.out.println(" Fly to school "); } } class Context{ //使用不同的策略 void method(int strategy){ Strategy.routing(strategy).method(); } }

模板方法

和享元模式有一定的相似处，享元模式侧重于属性的共享，而且是结构上的引用，不一定需要继承；而模板方法是共享相同行为，一定有继承行为

区别于策略模式是它有能抽象出来的共同行为，每一个子类再实现有差异细节

abstract class AbstractHandler{ // handle是抽象出来的共同逻辑 void handle(String data){ System.out.println("通用逻辑1..."); stepOne(data); System.out.println("通用逻辑2..."); stepTwo(data); System.out.println("通用逻辑3..."); } abstract void stepOne(String data); //留待子类实现差异 abstract void stepTwo(String data); //留待子类实现差异 } class HelloHandler extends AbstractHandler{ @Override void stepOne(String data) { System.out.println("hello: "+data); } @Override void stepTwo(String data) { System.out.println("hi: "+data); } }

迭代子模式

循环处理多个相同对象，用来遍历集合或者数组

//迭代的抽象接口 public interface Iterator { //前移 public Object previous(); //后移 public Object next(); public boolean hasNext(); } // 数组的迭代类 public class ArrayIterator implements Iterator { private Object[] datas; private int cur = 0; public ArrayIterator(Object[] datas){ this.datas = datas; } public String previous() { if(cur > 0){ cur--;} return datas[cur]; } public Object next() { if(cur < datas.length-1){ cur++;} return datas[cur]; } public boolean hasNext() { return pos < datas.length-1 ? true ：false; } }

责任链模式

负责处理上游的传递下来的对象，并传递给下一个处理者

和迭代子模式的区别，责任链模式是多个hander处理同一个data，且 hander 处理具有顺序性，不用全部 hander 处理，可在某一 hander 中断，也可继续传递

abstract class Handler<T,R> { private Handler<R,?> next; abstract R handle(T data); public void setNext(Handler<R, ?> next){ this.next = next; } public void loopHandle(T data){ R result = this.handle(data); if(next!=null && result!=null ) { next.loopHandle(result); } } } //负责问候 class HelloHandler extends Handler<String, Integer> { Integer handle(String data) { System.out.println(data + " hello! "); return 10; } } //负责计数 class CountHandler extends Handler<Integer, Double> { Double handle(Integer data) { System.out.println(" it is " + data); return 2.0; } } public class demo{ public static void main(String[] args){ HelloHandler hello = new HelloHandler(); CountHandler count = new CountHandler(); hello.setNext(count); hello.loopHandle("lwl"); } }

观察者模式

事件通知: 定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知

优点：观察者和被观察者是抽象耦合的
缺点
- 如果一个被观察者对象有很多的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 public abstract class Observer<T> { public abstract void update(T data); } // 被观察对象 public class Subject<T> { private List<Observer<T>> observers = new ArrayList<>(); private T state; public void deal() { ....// 逻辑处理 //如果修改了 state，通知观察者 if(...) notifyAllObservers(); } //增加一个观察观察 public void observe(Observer<T> observer) { observers.add(observer); } public void notifyAllObservers() { for (Observer<T> observer : observers) { observer.update(state); } } }

状态机模式

不同的状态不同的响应，实现状态之间的转移

和策略模式的区别
- 状态机模式是策略模式的孪生兄弟。策略模式可以让用户指定更换的策略算法，而状态机模式是状态在满足一定条件下的自动更换，用户无法指定状态，最多只能设置初始状态
- 状态机模式重点在各状态之间的切换，从而做不同的事情；而策略模式更侧重于根据具体情况选择策略，并不涉及切换

interface State<T> { //当前状态进行处理数据，并返回下一个状态 abstract State<T> action(T data); } @Data class Context<T>{ private State<T> state; public void invoke(T data){ state != null ? state = state.action(data) : System.out.println(" nothing " + data); } } // HelloState -> HiState class HelloState implements State<String>{ public State<String> action(String data) { System.out.println("hello!" + data); return new HiState(); } } // HiState -> FineState class HiState implements State<String>{ public State<String> action(String data) { System.out.println("how are you ?" + data); return new FineState(); } } //最后的状态 class FineState implements State<String>{ public State<String> action(String data) { System.out.println("I am fine!"); return null; } } public class demo{ public static void main(String[] args){ Context<String> context = new Context<>(); context.setState(new HelloState()); context.invoke("lwl"); context.invoke("lwl"); context.invoke("lwl"); context.invoke("lwl"); } }

备忘录

记录上一次的状态，方便回滚。很多时候我们是需要记录当前的状态，这样做的目的就是为了允许用户取消不确定或者错误的操作，恢复到原先的状态

缺点：消耗资源。如果类的成员变量过多，势必会占用比较大的资源，而且每一次保存都会消耗一定的内存

@Data public class Memento { private String state; public Memento(String state){ this.state = state; } } @Data public class Storage { private String value; public void storeMemento(){ return new Memento(value); } public void restoreMemento(Memento memento){ this.value = memento.getValue(); } public void action(){ System.out.println(" Storage类逻辑运行 ")；} } public class MementoPatternDemo { public static void main(String[] args) { Storage storage = new Storage(); storage.setValue(1); storage.storeMemento();//备忘，一下 storage.action();//....逻辑运行 restoreMemento(Memento memento);//使用备忘录的恢复状态 } }

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