Java设计模式面试题总结

一、什么是设计模式

设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性、程序的重用性。

二、设计模式分类

创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、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、解释器模式。

三、设计模式的六大原则

开放封闭原则（Open Close Principle）
原则思想：尽量通过扩展软件实体来解决需求变化，而不是通过修改已有的代码来完成变化
描述：一个软件产品在生命周期内，都会发生变化，既然变化是一个既定的事实，我们就应该在设计的时候尽量适应这些变化，以提高项目的稳定性和灵活性。
优点：单一原则告诉我们，每个类都有自己负责的职责，里氏替换原则不能破坏继承关系的体系。

里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）
原则思想：使用的基类可以在任何地方使用继承的子类，完美的替换基类。
大概意思是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法，子类中可以增加自己特有的方法。
优点：增加程序的健壮性，即使增加了子类，原有的子类还可以继续运行，互不影响。
 

依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）
依赖倒置原则的核心思想是面向接口编程.

依赖倒转原则要求我们在程序代码中传递参数时或在关联关系中，尽量引用层次高的抽象层类，

这个是开放封闭原则的基础，具体内容是：对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

接口隔离原则（Interface Segregation Principle）
这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。
例如：支付类的接口和订单类的接口，需要把这俩个类别的接口变成俩个隔离的接口

迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）
原则思想：一个对象应当对其他对象有尽可能少地了解，简称类间解耦
大概意思就是一个类尽量减少自己对其他对象的依赖，原则是低耦合，高内聚，只有使各个模块之间的耦合尽量的低，才能提高代码的复用率。
优点：低耦合，高内聚。

单一职责原则（Principle of single responsibility）
原则思想：一个方法只负责一件事情。
描述：单一职责原则很简单，一个方法 一个类只负责一个职责，各个职责的程序改动，不影响其它程序。 这是常识，几乎所有程序员都会遵循这个原则。
优点：降低类和类的耦合，提高可读性，增加可维护性和可拓展性，降低可变性的风险。

四、单例模式

1.什么是单例
保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该全局访问点

2.那些地方用到了单例模式
网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。
应用程序的日志应用，一般都是单例模式实现，只有一个实例去操作才好，否则内容不好追加显示。
多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，因为线程池要方便对池中的线程进行控制
Windows的（任务管理器）就是很典型的单例模式，他不能打开俩个
windows的（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站只维护一个实例。

3.单例优缺点

优点：在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例
单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
提供了对唯一实例的受控访问。
由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，当需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。
允许可变数目的实例。
避免对共享资源的多重占用。
缺点：不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。
由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。
滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

4.单例模式使用注意事项：
使用时不能用反射模式创建单例，否则会实例化一个新的对象
使用懒单例模式时注意线程安全问题
饿单例模式和懒单例模式构造方法都是私有的，因而是不能被继承的，有些单例模式可以被继承（如登记式模式）

5.如何选择单例创建方式

如果不需要延迟加载单例，可以使用枚举或者饿汉式，相对来说枚举性好于饿汉式。
如果需要延迟加载，可以使用静态内部类或者懒汉式，相对来说静态内部类好于懒韩式。
最好使用饿汉式。

五、工厂模式

1.工厂模式好处

工厂模式是我们最常用的实例化对象模式了，是用工厂方法代替new操作的一种模式。

利用工厂模式可以降低程序的耦合性，为后期的维护修改提供了很大的便利。

将选择实现类、创建对象统一管理和控制。从而将调用者跟我们的实现类解耦。

2.Spring开发中的工厂设计模式

1）.Spring IOC

看过Spring源码就知道，在Spring IOC容器创建bean的过程是使用了工厂设计模式

Spring中无论是通过xml配置还是通过配置类还是注解进行创建bean，大部分都是通过简单工厂来进行创建的。

当容器拿到了beanName和class类型后，动态的通过反射创建具体的某个对象，最后将创建的对象放到Map中。

2）.为什么Spring IOC要使用工厂设计模式创建Bean呢

在实际开发中，如果我们A对象调用B，B调用C，C调用D的话我们程序的耦合性就会变高。（耦合大致分为类与类之间的依赖，方法与方法之间的依赖。）

在很久以前的三层架构编程时，都是控制层调用业务层，业务层调用数据访问层时，都是是直接new对象，耦合性大大提升，代码重复量很高，对象满天飞

为了避免这种情况，Spring使用工厂模式编程，写一个工厂，由工厂创建Bean，以后我们如果要对象就直接管工厂要就可以，剩下的事情不归我们管了。Spring IOC容器的工厂中有个静态的Map集合，是为了让工厂符合单例设计模式，即每个对象只生产一次，生产出对象后就存入到Map集合中，保证了实例不会重复影响程序效率。

3）.工厂模式分类及实例http://t.csdn.cn/Lyisn

六、代理模式

1.什么是代理模式
通过代理控制对象的访问，可以在这个对象调用方法之前、调用方法之后去处理/添加新的功能。(也就是AO的P微实现)

代理在原有代码乃至原业务流程都不修改的情况下，直接在业务流程中切入新代码，增加新功能，这也和Spring的（面向切面编程）很相似

2.代理模式应用场景
Spring AOP、日志打印、异常处理、事务控制、权限控制等

3.代理的分类
静态代理(静态定义代理类)
动态代理(动态生成代理类，也称为Jdk自带动态代理)
Cglib 、javaassist（字节码操作库）

4.三种代理的区别
静态代理：简单代理模式，是动态代理的理论基础。常见使用在代理模式
jdk动态代理：使用反射完成代理。需要有顶层接口才能使用，常见是mybatis的mapper文件是代理。
cglib动态代理：也是使用反射完成代理，可以直接代理类（jdk动态代理不行），使用字节码技术，不能对 final类进行继承。（需要导入jar包）

5.代码演示三种代理模式：http://t.csdn.cn/2jFZy

七、原型模式

1.什么是原型模式
原型设计模式简单来说就是克隆

原型表明了有一个样板实例，这个原型是可定制的。原型模式多用于创建复杂的或者构造耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例可使程序运行更高效。

2.原型模式的应用场景
类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。这时我们就可以通过原型拷贝避免这些消耗。
通过new产生的一个对象需要非常繁琐的数据准备或者权限，这时可以使用原型模式。
一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。
我们Spring框架中的多例就是使用原型。

3.原型模式的使用方式
实现Cloneable接口。在java语言有一个Cloneable接口，它的作用只有一个，就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中，只有实现了这个接口的类才可以被拷贝，否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。

重写Object类中的clone方法。Java中，所有类的父类都是Object类，Object类中有一个clone方法，作用是返回对象的一个拷贝，但是其作用域protected类型的，一般的类无法调用，因此Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

原型模式分为浅复制和深复制
（浅复制）只是拷贝了基本类型的数据，而引用类型数据，只是拷贝了一份引用地址。

（深复制）在计算机中开辟了一块新的内存地址用于存放复制的对象。
 

4.代码演示

1.创建User类

package com.lijie;

import java.util.ArrayList;

public class User implements Cloneable {
    private String name;
    private String password;
    private ArrayList<String> phones;

    protected User clone() {
        try {
            User user = (User) super.clone();
            //重点，如果要连带引用类型一起复制，需要添加底下一条代码，如果不加就对于是复制了引用地址
            user.phones = (ArrayList<String>) this.phones.clone();//设置深复制
            return user;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
	
	//省略所有属性Git Set方法......
}

2.测试复制

package com.lijie;

import java.util.ArrayList;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建User原型对象
        User user = new User();
        user.setName("李三");
        user.setPassword("123456");
        ArrayList<String> phones = new ArrayList<>();
        phones.add("17674553302");
        user.setPhones(phones);

        //copy一个user对象,并且对象的属性
        User user2 = user.clone();
        user2.setPassword("654321");

        //查看俩个对象是否是一个
        System.out.println(user == user2);

        //查看属性内容
        System.out.println(user.getName() + " | " + user2.getName());
        System.out.println(user.getPassword() + " | " + user2.getPassword());
        //查看对于引用类型拷贝
        System.out.println(user.getPhones() == user2.getPhones());
    }
}

3.如果不需要深复制，需要删除User 中的：

//默认引用类型为浅复制，这是设置了深复制
user.phones = (ArrayList<String>) this.phones.clone();