在Java编程语言中，设计模式是一种通用的解决问题的方案，它能帮助程序员提高软件的可维护性、可扩展性和可重用性。作为一名开发者，掌握常见的设计模式，不仅能提高代码质量，还能在面试中赢得高分，脱颖而出。因此，今天我们将通过几道Java设计模式的经典面试题和解答，帮助你系统化地理解这些设计模式。
1.什么是设计模式？
设计模式（DesignPattern）是一种经过多次实践验证的解决特定问题的方案，旨在提高代码的复用性、灵活性以及可维护性。它是面向对象设计的基础，旨在帮助开发者避免重复发明轮子，遵循“代码不重复”的原则。常见的设计模式有23种，分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。
2.常见的设计模式有哪些？请简要描述它们的用途。
在Java编程中，设计模式通常分为以下三类：
创建型模式：主要关注对象的创建。常见的创建型设计模式包括：
单例模式（SingletonPattern）：保证一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
工厂模式（FactoryPattern）：提供一个创建对象的接口，但不暴露具体的实现类。
抽象工厂模式（AbstractFactoryPattern）：创建一系列相关的对象，而无需指定具体类。
建造者模式（BuilderPattern）：使用多个简单的对象一步步构建成一个复杂的对象。
原型模式（PrototypePattern）：通过***现有对象来创建新对象。
结构型模式：主要关注类和对象的组合。常见的结构型设计模式包括：
适配器模式（AdapterPattern）：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。
桥接模式（BridgePattern）：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立地变化。
组合模式（CompositePattern）：将对象组合成树形结构来表示部分-整体的层次结构。
装饰器模式（DecoratorPattern）：动态地给对象添加额外的功能。
外观模式（FacadePattern）：为子系统提供一个统一的接口，使得子系统更易使用。
行为型模式：主要关注对象之间的交互。常见的行为型设计模式包括：
观察者模式（ObserverPattern）：定义对象间的一对多依赖，当一个对象改变时，所有依赖它的对象都得到通知。
策略模式（StrategyPattern）：定义一系列算法，将每一个算法封装起来，并使它们可以互换。
命令模式（CommandPattern）：将请求封装为一个对象，从而让用户更灵活地使用不同的请求。
状态模式（StatePattern）：允许一个对象在其内部状态改变时改变其行为。
模板方法模式（TemplateMethodPattern）：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。
通过了解这些常见的设计模式，可以帮助我们在实际开发中应对各种复杂的系统需求，编写更加高效、易维护的代码。
3.单例模式是什么？如何实现？
单例模式（SingletonPattern）是一种创建型设计模式，保证一个类只有一个实例，并提供全局访问点。通常用于日志类、数据库连接池、线程池等场景，避免创建多个对象，节约资源。
实现方式：
懒汉式（线程不安全）：
publicclassSingleton{
privatestaticSingletoninstance;
privateSingleton(){}
publicstaticSingletongetInstance(){
if(instance==null){
instance=newSingleton();
}
returninstance;
}
}
懒汉式（线程安全）：
publicclassSingleton{
privatestaticSingletoninstance;
privateSingleton(){}
publicstaticsynchronizedSingletongetInstance(){
if(instance==null){
instance=newSingleton();
}
returninstance;
}
}
饿汉式（线程安全）：
publicclassSingleton{
privatestaticfinalSingletoninstance=newSingleton();
privateSingleton(){}
publicstaticSingletongetInstance(){
returninstance;
}
}
双重检查锁定：
publicclassSingleton{
privatestaticvolatileSingletoninstance;
privateSingleton(){}
publicstaticSingletongetInstance(){
if(instance==null){
synchronized(Singleton.class){
if(instance==null){
instance=newSingleton();
}
}
}
returninstance;
}
}
4.工厂模式和抽象工厂模式的区别？
工厂模式（FactoryPattern）：通过工厂方法来创建对象，但客户端并不需要了解对象的具体类。工厂方法通常返回一个对象的实例。
publicinterfaceProduct{
voiddoSomething();
}
publicclassConcreteProductimplementsProduct{
publicvoiddoSomething(){
System.out.println("Doingsomething...");
}
}
publicabstractclassCreator{
publicabstractProductfactoryMethod();
}
publicclassConcreteCreatorextendsCreator{
publicProductfactoryMethod(){
returnnewConcreteProduct();
}
}
抽象工厂模式（AbstractFactoryPattern）：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定具体的类。抽象工厂是对多个工厂方法的组合，用于创建一系列产品。
publicinterfaceAbstractFactory{
ProductAcreateProductA();
ProductBcreateProductB();
}
publicclassConcreteFactory1implementsAbstractFactory{
publicProductAcreateProductA(){
returnnewProductA1();
}
publicProductBcreateProductB(){
returnnewProductB1();
}
}
5.什么是观察者模式？它的应用场景有哪些？
观察者模式（ObserverPattern）是一种行为型设计模式，它定义了一种一对多的依赖关系，使得当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。常用于事件驱动系统中，比如GUI组件、消息推送系统等。
代码示例：
publicinterfaceObserver{
voidupdate(Stringmessage);
}
publicclassConcreteObserverimplementsObserver{
privateStringname;
publicConcreteObserver(Stringname){
this.name=name;
}
publicvoidupdate(Stringmessage){
System.out.println(name+"receivedmessage:"+message);
}
}
publicclassSubject{
privateListobservers=newArrayList<>();
publicvoidaddObserver(Observerobserver){
observers.add(observer);
}
publicvoidnotifyObservers(Stringmessage){
for(Observerobserver:observers){
observer.update(message);
}
}
}
应用场景：例如天气预报应用，当气象数据更新时，所有订阅的设备都可以收到通知并更新信息。
