设计模式

GoF 23种设计模式完整总结

说明：

1. 分为创建型、结构型、行为型三大类；
2. 按常用程度分级：⭐⭐⭐高频常用、⭐⭐偶尔使用、⭐极少使用；
3. 包含：模式作用、实际业务场景、框架/中间件源码案例、易混淆模式边界区分。
4. 判断模式核心原则：优先看设计意图，其次看类结构；很多框架组件会同时融合多个模式，各司其职。

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1. 创建型模式（5种）

核心：对象的创建，将对象实例化与业务逻辑解耦

1.1 单例模式 Singleton ⭐⭐⭐

• 作用：保证一个类全局仅有一个实例，提供全局访问点，节约资源。
• 实现：饿汉、懒汉、DCL双重检查、静态内部类、枚举单例。
• 业务场景：配置管理器、连接管理器、全局工具管理器。
• 框架案例
  • Spring：Bean默认scope="singleton"，容器级单例，DefaultSingletonBeanRegistry#singletonObjects缓存单例Bean；Spring单例≠Java单例，受容器管控。
  • MyBatis：Configuration全局配置对象单例复用。
• 注意：单例Bean禁止使用成员变量保存业务状态，会线程不安全。

1.2 工厂方法 Factory Method ⭐⭐⭐

• 作用：定义创建对象抽象接口，将实例化延迟到子类；父类定义接口，子类负责new对象。
• 业务场景：同一产品有多种具体实现，由子类决定创建哪一个。
• 框架案例
  • Spring：FactoryBean接口，getObject()由子类实现生产对象；MyBatis SqlSessionFactoryBean。
  • JDK：Iterator iterator()迭代器。

1.3 抽象工厂 Abstract Factory ⭐⭐

• 作用：生产一组相互关联/依赖的产品族；工厂产出整套相关对象。

工厂方法：生产单个产品；抽象工厂：生产一套产品族。

• 业务场景：一套配套组件，需要成套切换。
• 框架案例
  • Spring BeanFactory：抽象工厂，定义获取Bean的接口，ApplicationContext为具体实现。
  • MyBatis SqlSessionFactory：生产SqlSession，SqlSession再生产Mapper，完整产品族。

1.4 建造者模式 Builder ⭐⭐⭐

• 作用：分步构建复杂对象；相同构建流程可产出不同对象；适合入参多、构造复杂对象，支持链式调用。
• 业务场景：实体类参数繁多、配置对象构建。
• 框架案例
  • Spring：BeanDefinitionBuilder链式构建Bean定义。
  • MyBatis：SqlSessionFactoryBuilder构建会话工厂。
  • Druid、OkHttp大量Builder配置构建。

1.5 原型模式 Prototype ⭐

• 作用：通过对象克隆复制生成新对象，不需要new。
• 业务场景：对象创建成本很高，复制实例。
• 框架案例
  • Spring：BeanDefinition#cloneBeanDefinition()通过克隆生成新的Bean定义副本。
  • JDK：Object#clone()，如ArrayList、HashMap等集合类重写clone()实现浅拷贝。
• 注意：Spring scope="prototype"每次获取返回新对象，但其底层是通过反射new新实例而非clone，严格来说不算原型模式的实现。

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2. 结构型模式（7种）

核心：类与对象组合，组装成更大的结构，实现功能扩展

2.1 适配器模式 Adapter ⭐⭐⭐

• 作用：将已有类接口转换成客户端期望的目标接口，解决接口不兼容；分为类适配器（继承）、对象适配器（组合，主流）。

核心：改变接口，做兼容转换

• 业务场景：对接第三方SDK，不同第三方接口格式不一样，统一适配成系统内部接口。
• 框架案例
  • SpringMVC HandlerAdapter：适配多种Controller实现，统一handle()调用。
  • Spring AOP AdvisorAdapter适配不同通知类型。
  • MyBatis Log适配器：适配slf4j/log4j/jdk日志。
  • Spring Resource各个实现类：把File/URL/ClassPath资源适配成统一Resource接口。

2.2 桥接模式 Bridge ⭐

• 作用：分离抽象层与实现层，用于多维度变化扩展，避免类爆炸。
• 业务场景：一个事物有两个独立变化维度。
• 框架案例：JDBC驱动，Driver作为桥接，上层JDBC API，下层不同数据库驱动实现。

2.3 组合模式 Composite ⭐

• 作用：树状结构，统一对待叶子节点与容器节点，部分‑整体一致对待。
• 业务场景：菜单树、组织架构树、文件目录。
• 框架案例：Spring CompositeComponentDefinition组件定义树，持有多个嵌套的ComponentDefinition，体现部分-整体层次结构。

2.4 装饰器模式 Decorator ⭐⭐⭐

• 作用：动态给对象叠加功能；不改变原有接口；可多层嵌套包装。

核心：不改接口，增强功能，多层叠加

• 业务场景：动态叠加可选功能，替代继承扩展。
• 框架案例
  • JDK IO：BufferedInputStream装饰FileInputStream增加缓冲。
  • Spring TransactionAwareCacheDecorator给缓存增加事务支持。

2.5 外观模式 Facade（门面）⭐⭐⭐

• 作用：提供高层统一门面接口，封装内部一堆复杂子系统，降低客户端调用复杂度。

核心：封装多个子组件，对外提供简单新接口

• 业务场景：封装多个内部服务，对外提供统一API。
• 框架案例
  • Spring ApplicationContext：门面，封装BeanFactory、资源加载、事件、国际化。
  • MyBatis SqlSession：门面，封装Executor、StatementHandler等内部组件。
  • SpringMVC DispatcherServlet前端控制器。

2.6 享元模式 Flyweight ⭐

• 作用：对象池共享复用大量细粒度对象；区分内部不变状态、外部可变状态，减少内存占用。
• 业务场景：大量重复对象需要复用。
• 框架案例
  • JDK Integer.valueOf()缓存池（-128~127）：经典享元，相同数值共享同一对象。
  • 线程池：广义上体现了享元的池化复用思想（复用线程减少创建销毁开销），但严格来说更偏向对象池模式，因为线程是可变的、被独占使用的，不同于享元模式强调的"共享内部状态"。

2.7 代理模式 Proxy ⭐⭐⭐

• 作用：提供代理对象控制对真实目标对象访问；可做拦截、增强、延迟、远程；分为静态代理、JDK动态代理、CGLIB代理。

核心：不改接口，控制访问；不一定增强，可以做权限、延迟、远程调用

• 业务场景：权限校验、日志、事务、延迟加载、RPC远程调用。
• 框架案例
  • Spring AOP：JDK动态代理（实现接口）、CGLIB代理（类代理）实现切面。
  • MyBatis MapperProxy：Mapper接口代理对象，拦截方法执行SQL。

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3. 行为型模式（11种）

核心：对象之间通信、职责分配、算法封装

3.1 策略模式 Strategy ⭐⭐⭐

• 作用：定义一组可互换的算法实现，实现同一接口；运行时动态选择算法；使用组合而非继承。

核心：整套算法可以互相替换，流程不固定

• 业务场景：多种业务算法，运行时动态切换；例如多种支付方式、多种导出策略。
• 框架案例
  • Spring DefaultResourceLoader根据location选择不同Resource实现。
  • 线程池拒绝策略RejectedExecutionHandler。
  • Spring InstantiationStrategy Bean实例化策略。
  • JDK Comparator比较器。

3.2 模板方法 Template Method ⭐⭐⭐

• 作用：抽象父类定义完整算法骨架、固定执行流程；部分步骤交给子类重写实现；基于继承。

核心：流程骨架固定，只有部分步骤变化

• 业务场景：一套固定流程，只有个别步骤逻辑不一样。
• 框架案例
  • Spring AbstractApplicationContext#refresh() IOC容器启动模板方法。
  • Spring JdbcTemplate、RedisTemplate：固定获取/关闭资源流程，回调留给业务。
  • MyBatis BaseExecutor，查询骨架由子类实现差异逻辑。

3.3 观察者模式 Observer ⭐⭐⭐

• 作用：一对多依赖；目标对象状态变更，自动通知所有观察者。

核心：事件广播，所有订阅者都收到通知，无法拦截终止

• 业务场景：事件通知，消息通知，业务完成后触发多个后续动作。
• 框架案例
  • Spring事件机制：ApplicationEvent事件、ApplicationListener观察者、ApplicationEventPublisher发布器；ContextRefreshedEvent容器刷新事件。默认同步执行。
• 注意：观察者模式≠发布-订阅模式。观察者模式中Subject直接维护Observer列表并同步通知，耦合度较高；发布-订阅模式引入了独立的消息通道/Broker，发布者与订阅者完全解耦。MQ消息队列是发布-订阅模式的典型实现，属于观察者思想的分布式演进。

3.4 迭代器模式 Iterator ⭐⭐

• 作用：提供统一遍历集合的方式，不暴露集合底层结构。
• 业务场景：遍历不同集合数据结构。
• 框架案例 JDK Iterator。

3.5 责任链模式 Chain of Responsibility ⭐⭐⭐

• 作用：多个处理器组成链条；请求沿着链条传递；处理器可以处理请求或传递给下一个；可以中断链条。

核心：请求链式传递，可拦截终止后续执行

• 业务场景：审批流、过滤校验、多级处理。
• 框架案例
  • Servlet Filter过滤器链。
  • SpringMVC Interceptor拦截器链。
  • MyBatis Interceptor插件链。
  • Netty ChannelPipeline处理器链。

3.6 命令模式 Command ⭐

• 作用：把请求封装成命令对象，可以队列、延迟、撤销执行。
• 业务场景：任务队列、可撤销操作。

3.7 备忘录模式 Memento ⭐

• 作用：捕获对象内部状态快照，可以恢复到历史状态。
• 业务场景：回滚、撤销操作。

3.8 状态模式 State ⭐⭐

• 作用：对象内部状态改变时自动改变对象行为；状态和行为绑定。
• 业务场景：状态机，订单状态流转。

3.9 访问者模式 Visitor ⭐

• 作用：不修改原有类，对一组对象增加额外操作；双分派。
• 业务场景：对固定数据结构做多种不同运算。

3.10 中介者模式 Mediator ⭐

• 作用：对象之间不直接交互，全部交给中介对象完成解耦，减少多对多依赖。
• 业务场景：多组件交互复杂，引入中介协调。

3.11 解释器模式 Interpreter ⭐

• 作用：定义语言文法解释规则；极少业务开发使用。
• 业务场景：语法解析，脚本解析。

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4. 常用程度总排序

⭐⭐⭐ 高频常用（业务开发、框架源码随处可见）

单例、工厂方法、建造者、适配器、装饰器、外观、代理、策略、模板方法、观察者、责任链

⭐⭐ 偶尔使用（特定场景才会用到）

抽象工厂、迭代器、状态模式

⭐ 极少使用（业务几乎不用，多见于特定底层组件）

原型、桥接、组合、享元、命令、备忘录、访问者、中介者、解释器

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5. 易混淆模式对比与边界

区分第一原则：看设计意图，不是看代码结构是否包装/组合

5.1 适配器 vs 装饰器 vs 代理

模式	核心意图	接口是否变化	关键点
适配器 Adapter	接口转换，解决不兼容	改变接口	把A接口转为B接口，让异构组件协作
装饰器 Decorator	动态叠加增强功能	接口完全不变	多层嵌套叠加能力；关注增强对象能力
代理 Proxy	控制目标对象访问	接口完全不变	拦截访问；权限、延迟、远程、事务；不一定增强功能

边界：

• 适配器：目的就是改接口做兼容。
• 装饰器、代理接口和原始对象完全一致；装饰侧重叠加功能；代理侧重访问控制。

5.2 策略模式 vs 模板方法

模式	策略 Strategy	模板方法 Template Method
实现	组合聚合	继承
流程	整套算法替换，流程不固定	父类固定完整流程骨架，部分步骤子类实现
变化点	完整算法互换	仅个别步骤变化

边界：模板父类掌控整个执行流程；策略只是替换整套算法，没有固定流程约束。

5.3 策略模式 vs 工厂模式

	策略模式	工厂模式
意图	选择业务算法，执行业务逻辑	只负责创建对象实例
关注点	拿到对象之后执行业务	只生产对象，不执行业务逻辑

边界：工厂关心new；策略关心拿到对象之后的业务行为。
例：ResourceLoader#getResource()虽然创建对象，但意图是选择资源访问算法，属于策略而非工厂。

5.4 代理 vs 外观模式

	代理	外观 Facade
包装对象	包装单个目标对象	封装多个子系统一堆对象
接口	与目标对象接口一致	全新简化接口
目的	控制访问单个对象	屏蔽多组件复杂度，简化客户端调用

5.5 装饰器 vs 责任链

• 装饰器：嵌套包装，调用是嵌套栈式调用（外层包裹内层），每层装饰器通常会在调用被包装对象方法前后添加逻辑，调用链路是递归深入再逐层返回。
• 责任链：链式传递，调用是线性链式传递（逐个节点往后传），处理器可以中断链条，后面处理器不再执行。

边界：两者都可能存在条件判断跳过后续逻辑，核心区别在于调用拓扑结构——装饰器是层层包裹的栈式结构，责任链是线性传递的链式结构。

5.6 观察者 vs 责任链

• 观察者：事件广播，全部观察者都会收到事件，不能拦截阻止别人接收。
• 责任链：请求传递，可以拦截终止，后续节点不再执行。

5.7 单例 vs 享元

• 单例：全局只有1个实例。
• 享元：对象池，可以多个实例，共享细粒度对象。

5.8 建造者 vs 工厂

• 工厂：一次性直接产出完整对象，不关心构造步骤。
• 建造者：分步构建对象，适合复杂多参数对象。

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6. 速记清单

1. 需要做接口兼容转换 → 适配器
2. 需要动态叠加功能，不改接口，可多层嵌套 → 装饰器
3. 需要控制对象访问（事务、权限、延迟）不改接口 → 代理
4. 多套算法可以互换替换（组合） → 策略模式
5. 父类固定流程骨架，子类重写部分步骤（继承） → 模板方法
6. 核心目的只是创建对象 → 工厂模式；分步构建复杂对象 → 建造者
7. 封装多个复杂子系统对外简单接口 → 外观模式
8. 请求沿着链条传递，可以中断 → 责任链
9. 事件发布广播，全部订阅者接收，不可拦截 → 观察者

重要提醒：很多Spring组件会同时使用多个模式（例如Resource：适配器+策略；HandlerAdapter：适配器+策略选择），不同模式承担不同职责，不要强行说一个类属于某一个模式。