Java常用设计模式及应用场景示例详解_Java

设计模式分为三大类：创建型（5种）、结构型（7种）、行为型（11种），以下是 java 开发中最核心、高频使用的模式及真实场景

一、创建型模式（creational patterns）

模式	核心目的	java/框架中的应用场景
单例模式	确保类仅有一个实例，全局访问	1. spring bean 默认作用域（singleton） 2. runtime.getruntime() 获取 jvm 运行时 3. 数据库连接池（如 hikaricp 的池管理器）
工厂模式（简单工厂/工厂方法/抽象工厂）	封装对象创建逻辑，解耦调用者与实现	1. calendar.getinstance() 创建日历对象 2. jdbc drivermanager 获取数据库连接 3. spring beanfactory 创建和管理 bean
建造者模式	分步构建复杂对象，链式调用	1. stringbuilder.append() 构建字符串 2. spring security user.withdefaultpasswordencoder() 3. lombok @builder 自动生成建造者
原型模式	通过克隆创建对象，避免重复初始化	1. object.clone() 方法 2. jdk arraylist 的 `clone()` 实现 3. spring bean 的 prototype 作用域

二、结构型模式（structural patterns）

2.1 高频核心模式

模式	核心目的	java/框架中的应用场景
代理模式	为对象提供代理，控制访问或增强功能	1. spring aop 动态代理（jdk 动态代理/cglib） 2. mybatis mapper 接口的代理实现 3. rmi 远程代理实现跨 jvm 调用
装饰器模式	动态为对象添加职责，透明扩展	1. java io 流（`bufferedinputstream` 装饰 `fileinputstream`） 2. spring cache 装饰器增强方法缓存 3. servlet filter 链装饰 http 请求处理
适配器模式	转换接口，使不兼容类协同工作	1. arrays.aslist() 将数组适配为 list 2. spring mvc handleradapter 适配不同 controller 3. jpa 的 jpavendoradapter 适配不同数据库
外观模式	为子系统提供统一入口，简化调用	1. spring jdbctemplate 封装 jdbc 复杂操作 2. slf4j 门面统一日志框架（logback/log4j） 3. tomcat requestfacade 封装 servletrequest

2.2 中等频率模式

模式	核心目的	java/框架中的应用场景
组合模式	树形结构，统一处理单个对象和组合对象	1. java swing gui 组件（container 包含 component） 2. jsf uicomponent 树 3. 组织结构树（员工与部门统一接口）
桥接模式	分离抽象与实现，独立扩展	1. jdbc 驱动桥接（driver 桥接不同数据库协议） 2. spring 的桥接模式在 bean 定义与实现间 3. awt 的 peer 架构（跨平台 gui）
享元模式	共享细粒度对象，节省内存	1. string 字符串常量池（如 `"abc"` 复用） 2. integer.valueof() 缓存 -128~127 对象 3. 数据库连接池复用连接对象

三、行为型模式（behavioral patterns）

3.1 高频核心模式

模式	核心目的	java/框架中的应用场景
策略模式	封装算法族，运行时动态切换	1. spring resource 策略加载（classpath/file/url） 2. collections.sort() 传入 comparator 策略 3. 支付系统支持微信/支付宝/银联多策略
观察者模式	发布-订阅，一对多依赖通知	1. java eventlistener（如 servletcontextlistener） 2. spring applicationevent 事件驱动（如 contextrefreshedevent） 3. guava eventbus 组件解耦
模板方法模式	定义算法骨架，子类实现细节	1. spring jdbctemplate 执行流程模板 2. httpservlet 的 `service()` 模板方法（doget/dopost） 3. abstractapplicationcontext 的 refresh() 模板
责任链模式	链式传递请求，松散耦合	1. servlet filter 链（认证→日志→鉴权） 2. spring security filterchain 安全过滤 3. netty channelpipeline 责任链处理 io 事件
迭代器模式	顺序访问聚合对象元素	1. java iterator/iterable 接口（`arraylist.iterator()`） 2. mybatis cursor 游标迭代大数据 3. guava fluentiterable 增强迭代
命令模式	封装请求为对象，支持撤销/队列	1. runnable/callable 封装任务 2. spring jmstemplate 发送消息命令 3. 撤销/重做功能（编辑器历史栈）
状态模式	对象行为随状态改变而改变	1. 线程 thread.state 枚举（new/runnable/blocked） 2. 订单状态机（待支付→已支付→已发货） 3. game 角色状态（正常/眩晕/冰冻）

3.2 中等频率模式

模式	核心目的	java/框架中的应用场景
备忘录模式	保存对象状态，支持恢复	1. serializable 序列化保存对象状态 2. git 版本控制保存代码历史 3. 游戏存档/读档
中介者模式	封装对象交互，降低耦合	1. java concurrency executor 协调线程 2. spring mvc dispatcherservlet 协调 controller/view 3. 消息队列中间件解耦服务
访问者模式	分离操作与对象结构	1. java annotationvaluevisitor 注解处理 2. 编译器 ast 遍历 3. 报表导出（同一数据导出 csv/pdf/excel）
解释器模式	定义语法规则，解释执行	1. java 正则表达式 pattern 2. spring spel 表达式（`#{...}`） 3. sql 解析器（如 druid sql parser）

四、设计模式在主流框架中的体现

spring framework

// 单例模式：bean 默认作用域
@component  // 默认 singleton
public class userservice { ... }

// 工厂模式：beanfactory 创建 bean
applicationcontext ctx = new annotationconfigapplicationcontext(appconfig.class);
userservice service = ctx.getbean(userservice.class);

// 代理模式：aop 动态代理
@aspect
public class logaspect {
    @around("execution(* com.example.*.*(..))")
    public object log(proceedingjoinpoint pjp) { ... }
}

// 模板方法：jdbctemplate
jdbctemplate.query("select * from users", (rs, rownum) -> new user(rs));

mybatis

// 代理模式：mapper 接口代理
public interface usermapper {
    @select("select * from users where id = #{id}")
    user selectbyid(long id);
}
// mybatis 自动生成代理实现类

// 建造者模式：sqlsessionfactorybuilder
sqlsessionfactory factory = new sqlsessionfactorybuilder()
    .build(inputstream);

jdk 核心库

// 装饰器模式：io 流
inputstream is = new bufferedinputstream(
    new fileinputstream("file.txt")
);

// 迭代器模式：集合遍历
list<string> list = new arraylist<>();
iterator<string> it = list.iterator();

// 单例模式：runtime
runtime runtime = runtime.getruntime();
runtime.exec("ls -l");

五、选型决策指南

场景需求	推荐模式	避免场景
全局共享资源	单例模式	频繁创建销毁
对象创建复杂	建造者/工厂模式	在业务代码硬编码 new
需要动态扩展功能	装饰器/代理模式	继承层级过深
处理流程固定，步骤可变	模板方法模式	重复代码
多策略切换	策略模式	if-else 地狱
组件解耦/事件驱动	观察者/中介者模式	直接依赖调用
树形结构管理	组合模式	递归处理复杂
跨接口兼容	适配器模式	修改原有代码