设计模式按功能可分为创建型、结构型、行为型三大类。
一、创建型模式（负责对象创建，解耦 “对象创建” 与 “使用”） 创建型模式核心是控制对象创建流程，避免硬编码依赖，常见包括单例、工厂方法、抽象工厂、建造者、原型。
单例模式（Singleton）
核心原理：保证一个类仅有一个实例，并提供全局唯一访问点。 关键实现要点：私有构造器（禁止外部 new）、静态实例（存储唯一对象）、静态方法（返回实例），需考虑线程安全（如双重检查锁、静态内部类）。 常见实现方式对比： 实现方式 线程安全 懒加载 优缺点 饿汉式 是 否 简单，类加载时创建实例，可能浪费内存 懒汉式（加锁） 是 是 线程安全，每次获取实例都加锁，性能损耗 双重检查锁 是 是 仅首次创建加锁，兼顾线程安全与性能 静态内部类 是 是 依赖 JVM 类加载机制，无锁，推荐使用
class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {
}
//双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题 同时保证了效率
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}面试题 1：单例模式的双重检查锁（DCL）为什么要加volatile？答：避免 “指令重排” 导致的空指针。未加volatile时，instance = new Singleton()可能被拆分为 “分配内存→初始化对象→赋值引用” 三步，指令重排可能导致 “赋值引用” 先执行（此时对象未初始化），其他线程获取到未初始化的instance，调用方法时抛出空指针。volatile可禁止指令重排，确保对象初始化完成后再赋值。 面试题 2：单例模式的破坏方式有哪些？如何防止？答：破坏方式包括反射（调用私有构造器）、序列化 / 反序列化（生成新实例）。防止方案：1. 反射防护：构造器中判断实例是否已存在，存在则抛异常；2. 序列化防护：重写readResolve()方法，返回已有的单例实例而非新创建的实例。 应用场景：全局配置类、线程池、日志工厂等需唯一实例的场景。
工厂方法模式（Factory Method）
核心原理：定义一个创建对象的接口（工厂接口），让子类决定实例化哪个类，将对象创建延迟到子类。 对比简单工厂：简单工厂是 “一个工厂类创建所有对象”，违反开闭原则；工厂方法是 “一个产品对应一个工厂子类”，新增产品只需新增工厂，符合开闭原则。 面试题：工厂方法模式和简单工厂模式的区别是什么？答：1. 职责不同：简单工厂由一个类承担所有产品的创建，工厂方法将创建职责分散到多个工厂子类；2. 开闭原则：简单工厂新增产品需修改工厂类代码（违反开闭），工厂方法新增产品只需新增工厂子类（符合开闭）；3. 复杂度：简单工厂实现简单，适合产品少的场景；工厂方法结构更灵活，适合产品多且易扩展的场景。 应用场景：日志框架（如SLF4J的LoggerFactory）、数据库连接（不同数据库对应不同连接工厂）。
建造者模式（Builder）
核心原理：将复杂对象的构建过程与表示分离，让同一构建过程可创建不同表示（如 “组装电脑”，相同步骤可组装出游戏本、办公本）。 关键角色：产品（复杂对象）、建造者（定义构建步骤）、指挥者（控制构建顺序，调用建造者步骤）。
面试题：建造者模式和工厂模式的区别是什么？答：1. 目标不同：工厂模式专注 “创建对象”，不关心对象的内部组成；建造者模式专注 “构建复杂对象的步骤”，需控制对象的各个部件组装顺序；2. 适用场景：工厂模式适合创建简单或中等复杂度对象（如User）；建造者模式适合创建多部件、有组装顺序的复杂对象（如HttpResponse、StringBuilder）。 应用场景：StringBuilder（append方法构建字符串）、MyBatis的SqlSessionFactoryBuilder、 Lombok 的@Builder注解。
二、结构型模式（处理类 / 对象的组合，优化结构灵活性）结构型模式核心是通过组合类或对象，实现更灵活的功能扩展，常见包括代理、装饰器、适配器、外观、组合。
代理模式（Proxy）
核心原理：为目标对象提供一个代理对象，由代理对象控制对目标对象的访问（如 “中介” 代理房东处理租房流程）。
常见类型：
静态代理：编译期生成代理类，代理类与目标类实现同一接口，硬编码代理逻辑。
动态代理：运行期动态生成代理类，无需手动编写代理类（如 JDK 动态代理、CGLIB 动态代理）。
面试题 1：JDK 动态代理和 CGLIB 动态代理的区别是什么 |----------------|---------------------------|-----------------------------| | 对比维度 | JDK 动态代理 | CGLIB 动态代理 |
| 底层原理 | 基于接口生成代理类（实现目标接口） | 基于继承生成代理类（继承目标类） | | 目标类要求 | 必须实现接口 | 可无接口（不能是 final 类 / 方法） | | 性能 | 生成代理快，调用慢 | 生成代理慢，调用快（基于 ASM 字节码） | | 依赖 | JDK 自带，无需额外依赖 | 需引入 CGLIB 依赖 || 对比维度 | JDK 动态代理 | CGLIB 动态代理 |
面试题 2：代理模式的应用场景有哪些？答：1. 权限控制（如 Spring Security 的权限代理）2. 日志记录（代理目标方法，打印调用前后日志）3. 缓存（代理数据库查询，缓存查询结果）；4. 远程调用（如 Dubbo 的服务代理，隐藏远程调用细节）。
装饰器模式（Decorator）
核心原理：动态给对象添加额外功能，不改变原对象结构 关键角色：抽象组件（定义核心功能接口）、具体组件（实现核心功能）、装饰器（持有组件引用，实现抽象组件，添加额外功能）。 面试题 1：装饰器模式和继承的区别是什么？答：1. 灵活性：继承是静态扩展（编译期确定功能），新增功能需新增子类，可能导致类爆炸；装饰器是动态扩展（运行期添加功能），可组合多个装饰器，灵活组合功能；2. 耦合度：继承耦合度高（子类依赖父类）；装饰器耦合度低（装饰器与组件通过接口关联）。 面试题 2：JDK 中哪些类使用了装饰器模式？答：IO流（如BufferedReader装饰FileReader，添加缓冲功能；DataInputStream装饰InputStream，添加数据类型读取功能）、Collections的同步集合（如Collections.synchronizedList装饰List，添加线程安全功能）。
适配器模式（Adapter）
核心原理：将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口，解决 “接口不兼容” 问题 常见类型： 类适配器：通过继承目标类 + 实现源接口，实现适配（Java 单继承，灵活性低）。 对象适配器：通过持有源对象引用 + 实现目标接口，实现适配（推荐，符合合成复用原则）。 面试题：适配器模式和装饰器模式的区别是什么？答：1. 目的不同：适配器模式是 “解决接口不兼容”，让原本不能一起工作的类协同工作；装饰器模式是 “给对象动态添加功能”，不改变接口；2. 对原对象的依赖：适配器模式持有源对象，不扩展其功能；装饰器模式持有组件对象，扩展其功能；3. 客户端感知：适配器模式客户端面对的是新接口；装饰器模式客户端面对的是原接口。 应用场景：SpringMVC的HandlerAdapter（适配不同类型的处理器，统一调用handle方法）、Java的Arrays.asList()（将数组适配为List）。
三、行为型模式（处理对象间的交互，优化通信与职责分配） 行为型模式核心是定义对象间的交互规则，减少耦合，常见包括观察者、策略、模板方法、迭代器、责任链。
观察者模式（Observer）
核心原理：定义对象间的 “一对多” 依赖关系，当主题对象状态变化时，所有依赖它的观察者对象会自动收到通知并更新（如 “公众号订阅”，公众号（主题）更新文章，订阅者（观察者）收到推送）。 关键角色：主题（Subject，管理观察者，通知状态变化）、观察者（Observer，定义更新接口）、具体主题 / 具体观察者（实现对应接口）。
面试题 1：观察者模式的 “推模型” 和 “拉模型” 有什么区别？答：1. 推模型：主题主动将所有更新数据推送给观察者，观察者无需主动获取；优点是观察者简单，缺点是数据可能冗余（观察者不需要的信息也会推送）。2. 拉模型：主题仅通知观察者 “状态已变”，观察者主动从主题拉取需要的数据；优点是数据按需获取，缺点是观察者需知道主题结构，耦合略高。
面试题 2：JDK 的Observable类和Observer接口有什么缺点？答：1. Observable是类而非接口，限制了复用（子类只能继承Observable，无法继承其他类）；2. setChanged()方法是protected，仅子类可调用，外部无法触发状态变化；3. 通知观察者时是同步调用，若某个观察者处理耗时，会阻塞其他观察者。 应用场景：Spring的ApplicationEvent（事件驱动模型，如ContextRefreshedEvent）、GUI开发（按钮点击事件的监听）。
策略模式（Strategy）
核心原理：定义一系列算法，将每个算法封装起来，使它们可互相替换，且算法的变化不影响使用算法的客户端（如 “支付方式”，支付宝、微信支付是不同策略，可切换且不改变订单支付逻辑）。 关键角色：策略接口（定义算法方法）、具体策略（实现算法）、上下文（持有策略引用，调用策略方法，不关心算法细节）。
面试题 1：策略模式和简单工厂模式的结合使用场景是什么？答：当客户端需要选择不同策略时，可通过简单工厂在上下文内部创建策略对象，客户端只需传入策略类型（如 “支付上下文” 接收 “支付宝”“微信” 类型，工厂创建对应策略），进一步降低客户端与策略的耦合（客户端无需知道具体策略类名）。
面试题 2：策略模式和状态模式的区别是什么？答：1. 目的不同：策略模式是 “封装不同算法，让算法可替换”，算法间无依赖；状态模式是 “封装对象的不同状态，状态间有切换逻辑”（如订单的 “待支付→已支付→已发货” 状态流转）；2. 上下文角色：策略模式中上下文主动选择策略；状态模式中上下文的状态由状态对象控制，状态变化时自动切换策略。 应用场景：Spring的Resource（不同资源加载策略，如ClassPathResource、UrlResource）、排序算法（冒泡、快排等策略可切换）。
模板方法模式（Template Method）
核心原理：定义一个操作的算法骨架，将算法的某些步骤延迟到子类中实现（如 “做咖啡”，骨架是 “煮水→冲泡→倒杯→加调料”，“冲泡” 和 “加调料” 步骤延迟到子类（咖啡、茶）实现）。 关键要点：父类定义模板方法（骨架，用final修饰防止子类重写），子类重写 “钩子方法”（可选步骤，如 “加调料” 可重写或不重写）。
面试题 1：模板方法模式中的 “钩子方法” 有什么作用？答：钩子方法是父类中定义的默认实现（或空实现）的方法，子类可选择重写或不重写，用于 “控制算法步骤是否执行” 或 “补充算法细节”。例如：父类模板方法中，在 “加调料” 步骤前判断钩子方法isAddCondiment()的返回值，子类重写isAddCondiment()返回false，则跳过 “加调料” 步骤。
面试题 2：模板方法模式在框架中的应用有哪些？答：1. Spring的AbstractApplicationContext（refresh()方法是模板方法，定义容器初始化骨架，onRefresh()等步骤延迟到子类实现）；2. JUnit的TestCase（setUp()、tearDown()是钩子方法，子类重写用于测试前后的初始化和清理）。 应用场景：框架骨架设计（如 ORM 框架的 CRUD 模板）、重复流程的标准化（如接口调用的 “参数校验→发送请求→结果解析” 骨架）。
四、高频综合面试题
什么是 “开闭原则”？哪些设计模式符合开闭原则？
答：开闭原则是 “对扩展开放，对修改关闭”，即新增功能时不修改原有代码，通过扩展实现。符合的模式包括：工厂方法（新增产品→新增工厂）、装饰器（新增功能→新增装饰器）、策略（新增算法→新增策略）、观察者（新增观察者→新增观察者类）。
面试题：在实际项目中，你如何选择设计模式？
答：1. 先明确问题场景：若需控制对象创建→选创建型模式（如单例、工厂）；若需优化类组合→选结构型模式（如代理、装饰器）；若需优化对象交互→选行为型模式（如观察者、策略）；2. 避免过度设计：简单场景优先用简单方案（如产品少用简单工厂，不用抽象工厂）；3. 结合框架特性：如Spring项目中，用动态代理而非静态代理，用@Builder而非手动写建造者。
面试题：单例模式在并发场景下的安全问题如何解决？
答：1. 饿汉式：类加载时创建实例，依赖 JVM 类加载的线程安全性（同一类仅加载一次），无并发问题；2. 双重检查锁：加volatile禁止指令重排，首次创建时加锁，后续无锁，兼顾安全与性能；3. 静态内部类：依赖 JVM 静态内部类的加载机制（仅在调用时加载，且线程安全），是推荐的线程安全实现方式。
