設計模式是Java工程師日常工作中非常重要的一個技能，可以使用設計模式重構整體的架構代碼、提交代碼復用性、擴展性等等，如果大家想要成為Java工程師那么這項技能是必須會的，如果大家正處于找工作階段，那么這套戰略性的設計模式面試題就需要你掌握它。

1.什么是單例模式?

答：單例模式是一種常用的軟件設計模式，在應用這個模式時，單例對象的類必須保證只有一個實例存在，整個系統只能使用一個對象實例。

優點：不會頻繁地創建和銷毀對象，浪費系統資源。

使用場景：IO 、數據庫連接、Redis 連接等。

單例模式代碼實現：

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

單例模式調用代碼：

public class Lesson7\_3 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); 
    }
}

程序的輸出結果：true

可以看出以上單例模式是在類加載的時候就創建了，這樣會影響程序的啟動速度，那如何實現單例模式的延遲加載?在使用時再創建?

單例延遲加載代碼：

// 單例模式-延遲加載版
class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy instance;
    public static SingletonLazy getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonLazy();
        }
        return instance;
    }
}

以上為非線程安全的，單例模式如何支持多線程?

使用 synchronized 來保證，單例模式的線程安全代碼：

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

2.什么是簡單工廠模式?

答：簡單工廠模式又叫靜態工廠方法模式，就是建立一個工廠類，對實現了同一接口的一些類進行實例的創建。比如，一臺咖啡機就可以理解為一個工廠模式，你只需要按下想喝的咖啡品類的按鈕(摩卡或拿鐵)，它就會給你生產一杯相應的咖啡，你不需要管它內部的具體實現，只要告訴它你的需求即可。

優點：

工廠類含有必要的判斷邏輯，可以決定在什么時候創建哪一個產品類的實例，客戶端可以免除直接創建產品對象的責任，而僅僅“消費”產品;簡單工廠模式通過這種做法實現了對責任的分割，它提供了專門的工廠類用于創建對象;

客戶端無須知道所創建的具體產品類的類名，只需要知道具體產品類所對應的參數即可，對于一些復雜的類名，通過簡單工廠模式可以減少使用者的記憶量;

通過引入配置文件，可以在不修改任何客戶端代碼的情況下更換和增加新的具體產品類，在一定程度上提高了系統的靈活性。

缺點：

不易拓展，一旦添加新的產品類型，就不得不修改工廠的創建邏輯;

產品類型較多時，工廠的創建邏輯可能過于復雜，一旦出錯可能造成所有產品的創建失敗，不利于系統的維護。

簡單工廠代碼實現：

class Factory {
    public static String createProduct(String product) {
        String result = null;
        switch (product) {
            case "Mocca":
                result = "摩卡";
                break;
            case "Latte":
                result = "拿鐵";
                break;
            default:
                result = "其他";
                break;
        }
        return result;
    }
}

3.什么是抽象工廠模式?

答：抽象工廠模式是在簡單工廠的基礎上將未來可能需要修改的代碼抽象出來，通過繼承的方式讓子類去做決定。

比如，以上面的咖啡工廠為例，某天我的口味突然變了，不想喝咖啡了想喝啤酒，這個時候如果直接修改簡單工廠里面的代碼，這種做法不但不夠優雅，也不符合軟件設計的“開閉原則”，因為每次新增品類都要修改原來的代碼。這個時候就可以使用抽象工廠類了，抽象工廠里只聲明方法，具體的實現交給子類(子工廠)去實現，這個時候再有新增品類的需求，只需要新創建代碼即可。

抽象工廠實現代碼如下：

public class AbstractFactoryTest {
   public static void main(String[] args) {
       // 抽象工廠
       String result = (new CoffeeFactory()).createProduct("Latte");
       System.out.println(result); // output:拿鐵
   }
}
// 抽象工廠
abstract class AbstractFactory{
   public abstract String createProduct(String product);
}
// 啤酒工廠
class BeerFactory extends AbstractFactory{
   @Override
   public String createProduct(String product) {
       String result = null;
       switch (product) {
           case "Hans":
               result = "漢斯";
               break;
           case "Yanjing":
               result = "燕京";
               break;
           default:
               result = "其他啤酒";
               break;
       }
       return result;
   }
}
/\* \* 咖啡工廠 \*/
class CoffeeFactory extends AbstractFactory{
   @Override
   public String createProduct(String product) {
       String result = null;
       switch (product) {
           case "Mocca":
               result = "摩卡";
               break;
           case "Latte":
               result = "拿鐵";
               break;
           default:
               result = "其他咖啡";
               break;
       }
       return result;
   }
}

4.什么是觀察者模式?

觀察者模式是定義對象間的一種一對多依賴關系，使得每當一個對象狀態發生改變時，其相關依賴對象皆得到通知并被自動更新。觀察者模式又叫做發布-訂閱(Publish/Subscribe)模式、模型-視圖(Model/View)模式、源-監聽器(Source/Listener)模式或從屬者(Dependents)模式。 優點：

• 觀察者模式可以實現表示層和數據邏輯層的分離，并定義了穩定的消息更新傳遞機制，抽象了更新接口，使得可以有各種各樣不同的表示層作為具體觀察者角色;
• 觀察者模式在觀察目標和觀察者之間建立一個抽象的耦合;
• 觀察者模式支持廣播通信;
• 觀察者模式符合開閉原則(對拓展開放，對修改關閉)的要求。

缺點：

• 如果一個觀察目標對象有很多直接和間接的觀察者的話，將所有的觀察者都通知到會花費很多時間;
• 如果在觀察者和觀察目標之間有循環依賴的話，觀察目標會觸發它們之間進行循環調用，可能導致系統崩潰;
• 觀察者模式沒有相應的機制讓觀察者知道所觀察的目標對象是怎么發生變化的，而僅僅只是知道觀察目標發生了變化。

在觀察者模式中有如下角色：

• Subject：抽象主題(抽象被觀察者)，抽象主題角色把所有觀察者對象保存在一個集合里，每個主題都可以有任意數量的觀察者，抽象主題提供一個接口，可以增加和刪除觀察者對象;
• ConcreteSubject：具體主題(具體被觀察者)，該角色將有關狀態存入具體觀察者對象，在具體主題的內部狀態發生改變時，給所有注冊過的觀察者發送通知;
• Observer：抽象觀察者，是觀察者者的抽象類，它定義了一個更新接口，使得在得到主題更改通知時更新自己;
• ConcrereObserver：具體觀察者，實現抽象觀察者定義的更新接口，以便在得到主題更改通知時更新自身的狀態。

觀察者模式實現代碼如下。

1)定義觀察者(消息接收方)

/\* \* 觀察者（消息接收方） \*/
interface Observer {
    public void update(String message);
}
/\* \* 具體的觀察者（消息接收方） \*/
class ConcrereObserver implements Observer {
    private String name;

    public ConcrereObserver(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + "：" + message);
    }
}

2)定義被觀察者(消息發送方)

/\* \* 被觀察者（消息發布方） \*/
interface Subject {
    // 增加訂閱者
    public void attach(Observer observer);
    // 刪除訂閱者
    public void detach(Observer observer);
    // 通知訂閱者更新消息
    public void notify(String message);
}
/\* \* 具體被觀察者（消息發布方） \*/
class ConcreteSubject implements Subject {
    // 訂閱者列表（存儲信息）
    private List<Observer> list = new ArrayList<Observer>();
    @Override
    public void attach(Observer observer) {
        list.add(observer);
    }
    @Override
    public void detach(Observer observer) {
        list.remove(observer);
    }
    @Override
    public void notify(String message) {
        for (Observer observer : list) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

3)代碼調用

public class ObserverTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 定義發布者
        ConcreteSubject concreteSubject = new ConcreteSubject();
        // 定義訂閱者
        ConcrereObserver concrereObserver = new ConcrereObserver("老王");
        ConcrereObserver concrereObserver2 = new ConcrereObserver("Java");
        // 添加訂閱
        concreteSubject.attach(concrereObserver);
        concreteSubject.attach(concrereObserver2);
        // 發布信息
        concreteSubject.notify("更新了");
    }
}

程序執行結果如下：

老王：更新了

Java：更新了

以上就是“極高頻率出現的設計模式面試題”，你能回答上來嗎?如果想要了解更多的Java面試題相關內容，可以關注動力節點Java官網。