深入解析Java中最常用的六种设计模式及实用实例

编辑：宝哥软件园来源：互联网时间：2025-03-23

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在软件工程中，设计模式是一种经过时间考验的解决方案，它可以帮助开发者更高效地解决常见问题。尤其在Java编程中，设计模式发挥着至关重要的作用。本文将深入解析Java中最常用的六种设计模式，并通过实用实例加以说明。

一、单例模式

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。它常用于需要控制资源的场景，比如数据库连接池。

实例代码：

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

该模式在多线程环境中也需注意，可以通过 synchronized 关键字实现线程安全。

二、工厂方法模式

工厂模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。它适合于需要大量对象创建的情境，降低了代码的耦合度。

实例代码：

public interface Product {
    void use();
}
public class ConcreteProductA implements Product {
    @Override
    public void use() {
        System.out.println(Using Product A);
    }
}
public abstract class Creator {
    public abstract Product factoryMethod();
}
public class ConcreteCreatorA extends Creator {
    @Override
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProductA();
    }
}

通过这个模式，客户端只需了解创建接口，而无须关注具体产品类的实现。

三、策略模式

策略模式定义了一系列算法，将每一个算法封装起来，并使它们可以互相替换。这个模式让算法独立于使用它的客户端。

实例代码：

public interface Strategy {
    int doOperation(int num1, int num2);
}
public class Addition implements Strategy {
    @Override
    public int doOperation(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }
}
public class Context {
    private Strategy strategy;
    public Context(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    public int executeStrategy(int num1, int num2) {
        return strategy.doOperation(num1, num2);
    }
}

客户端可以选择不同的策略，实现算法的动态切换。

四、观察者模式

观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某个主题对象。当主题状态发生变化时，会自动通知所有观察者。

实例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public interface Observer {
    void update(String message);
}
public class ConcreteObserver implements Observer {
    private String name;
    public ConcreteObserver(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name +  received message:  + message);
    }
}
public class Subject {
    private List observers = new ArrayList<>();
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }
    public void notifyObservers(String message) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

这个模式常用于事件处理和消息推送场景。

五、装饰模式

装饰模式允许在不改变现有对象结构的基础上，为对象动态添加新的功能。它通常用于需要扩展一个类的功能，而又不想通过创建子类来实现时。

实例代码：

public interface Coffee {
    String getDescription();
    double cost();
}
public class SimpleCoffee implements Coffee {
    @Override
    public String getDescription() {
        return Simple coffee;
    }
    @Override
    public double cost() {
        return 5.0;
    }
}
public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    protected Coffee coffee;
    public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        this.coffee = coffee;
    }
}
public class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }
    @Override
    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription() + , milk;
    }
    @Override
    public double cost() {
        return coffee.cost() + 1.0;
    }
}

通过装饰模式，可以灵活地组合不同的功能。

六、命令模式

命令模式将请求封装为对象，从而使你可以参数化客户代码、队列请求或者记录请求日志。命令模式也是支持可撤销操作的理想解决方案。

实例代码：

public interface Command {
    void execute();
}
public class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;
    public LightOnCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }
    @Override
    public void execute() {
        light.turnOn();
    }
}
public class RemoteControl {
    private Command command;
    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }
    public void pressButton() {
        command.execute();
    }
}

该模式非常适合用于实现日志、撤销功能等。

以上六种设计模式在Java编程中具有广泛的应用场景。掌握这些设计模式不仅能提升编程水平，还能在团队项目中增强代码的可维护性和扩展性。在实际开发中，合理使用这些设计模式将极大提升开发效率，减少错误发生。