1 你所知道的设计模式有哪些？

Java 中一般认为有 23 种设计模式，我们不需要所有的都会，但是其中常用的几种设计模式应该去掌握。下面列出了所有的设计模式。需要掌握的设计模式我单独列出来了，当然能掌握的越多越好。

总体来说设计模式分为三大类：

创建型模式，共5种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共7种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共11种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

2 单例设计模式？

2.1单例模式定义

单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态。

2.2 单例模式的特点

● 单例类只能有一个实例。

● 单例类必须自己创建自己的唯一实例。

● 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

单例模式保证了全局对象的唯一性，比如系统启动读取配置文件就需要单例保证配置的一致性。

2.3 单例的四大原则

● 构造器私有化

● 以静态方法或者枚举返回实例

● 确保实例只有一个，尤其是多线程环境

● 确保反序列化时不会重新构建对象

2.4 实现单例模式的方式

（1）饿汉式（立即加载）：

饿汉式单例在类加载初始化时就创建好一个静态的对象供外部使用，除非系统重启，这个对象不会改变，所以本身就是线程安全的。

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。（事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的，会使Java单例实现失效）

 package com.atguigu.interview.chapter02;
/**
 * @author : atguigu.com
 * @since 2019/7/22
 *
 * 饿汉式（立即加载）
 */
 public class Singleton1 {
/**
 * 私有构造
 */
 private Singleton1() {
 System.out.println("构造函数Singleton1");
}
/**
 * 初始值为实例对象
 */
 private static Singleton1 single = new Singleton1();
/**
 * 静态工厂方法
 * @return 单例对象
 */
 public static Singleton1 getInstance() {
 System.out.println("getInstance");
return single;
}
 public static void main(String[] args){
 System.out.println("初始化");
 Singleton1 instance = Singleton1.getInstance();
}
}

（2）懒汉式（延迟加载）：

该示例虽然用延迟加载方式实现了懒汉式单例，但在多线程环境下会产生多个Singleton对象

 package com.atguigu.interview.chapter02;
/**
 * @author : atguigu.com
 * @since 2019/7/22
 *
 * 懒汉式（延迟加载）
 */
 public class Singleton2 {
/**
 * 私有构造
 */
 private Singleton2() {
 System.out.println("构造函数Singleton2");
}
/**
 * 初始值为null
 */
 private static Singleton2 single = null;
/**
 * 静态工厂方法
 * @return 单例对象
 */
 public static Singleton2 getInstance() {
if(single == null){
 System.out.println("getInstance");
 single = new Singleton2();
}
return single;
}
 public static void main(String[] args){
 System.out.println("初始化");
 Singleton2 instance = Singleton2.getInstance();
}
}

（3）同步锁（解决线程安全问题）：

在方法上加synchronized同步锁或是用同步代码块对类加同步锁，此种方式虽然解决了多个实例对象问题，但是该方式运行效率却很低下，下一个线程想要获取对象，就必须等待上一个线程释放锁之后，才可以继续运行。

 package com.atguigu.interview.chapter02;
/**
 * @author : atguigu.com
 * @since 2019/7/22
 *
 * 同步锁（解决线程安全问题）
 */
 public class Singleton3 {
/**
 * 私有构造
 */
 private Singleton3() {}
/**
 * 初始值为null
 */
 private static Singleton3 single = null;
 public static Singleton3 getInstance() {
 // 等同于 synchronized public static Singleton3 getInstance()
synchronized(Singleton3.class){
 // 注意：里面的判断是一定要加的，否则出现线程安全问题
if(single == null){
 single = new Singleton3();
}
}
return single;
}
}

（4）双重检查锁（提高同步锁的效率）：

使用双重检查锁进一步做了优化，可以避免整个方法被锁，只对需要锁的代码部分加锁，可以提高执行效率。

 package com.atguigu.interview.chapter02;
/**
 * @author : atguigu.com
 * @since 2019/7/22
 * 双重检查锁（提高同步锁的效率）
 */
 public class Singleton4 {
/**
 * 私有构造
 */
 private Singleton4() {}
/**
 * 初始值为null
 */
 private static Singleton4 single = null;
/**
 * 双重检查锁
 * @return 单例对象
 */
 public static Singleton4 getInstance() {
if (single == null) {
synchronized (Singleton4.class) {
if (single == null) {
 single = new Singleton4();
}
}
}
return single;
}
}

（5） 静态内部类：

这种方式引入了一个内部静态类（static class），静态内部类只有在调用时才会加载，它保证了Singleton 实例的延迟初始化，又保证了实例的唯一性。它把singleton 的实例化操作放到一个静态内部类中，在第一次调用getInstance() 方法时，JVM才会去加载InnerObject类，同时初始化singleton 实例，所以能让getInstance() 方法线程安全。

特点是：即能延迟加载，也能保证线程安全。

静态内部类虽然保证了单例在多线程并发下的线程安全性，但是在遇到序列化对象时，默认的方式运行得到的结果就是多例的。

 package com.atguigu.interview.chapter02;
/**
 * @author : atguigu.com
 * @since 2019/7/22
 *
 * 静态内部类（延迟加载，线程安全）
 */
 public class Singleton5 {
/**
 * 私有构造
 */
 private Singleton5() {}
/**
 * 静态内部类
 */
 private static class InnerObject{
 private static Singleton5 single = new Singleton5();
}
 public static Singleton5 getInstance() {
return InnerObject.single;
}
}

（6）内部枚举类实现（防止反射攻击）：

事实上，通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的。这也就是我们现在需要引入的枚举单例模式。

 package com.atguigu.interview.chapter02;
/**
 * @author : atguigu.com
 * @since 2019/7/22
 */
 public class SingletonFactory {
/**
 * 内部枚举类
 */
 private enum EnumSingleton{
 Singleton;
 private Singleton6 singleton;
 //枚举类的构造方法在类加载是被实例化
 private EnumSingleton(){
 singleton = new Singleton6();
}
 public Singleton6 getInstance(){
return singleton;
}
}
 public static Singleton6 getInstance() {
return EnumSingleton.Singleton.getInstance();
}
}
class Singleton6 {
 public Singleton6(){}
}

3 工厂设计模式（Factory）

3.1 什么是工厂设计模式？

工厂设计模式，顾名思义，就是用来生产对象的，在java中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则，如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦

3.2 简单工厂（Simple Factory）

定义：

一个工厂方法，依据传入的参数，生成对应的产品对象；
角色：
1、抽象产品
2、具体产品
3、具体工厂
4、产品使用者
使用说明：

先将产品类抽象出来，比如，苹果和梨都属于水果，抽象出来一个水果类Fruit，苹果和梨就是具体的产品类，然后创建一个水果工厂，分别用来创建苹果和梨。代码如下：

水果接口：

public interface Fruit {
void whatIm();
}

苹果类：

public class Apple implements Fruit {
 @Override
 public void whatIm() {
 System.out.println("苹果");
}
}

梨类：

public class Pear implements Fruit {
 @Override
 public void whatIm() {
 System.out.println("梨");
}
}

水果工厂：

public class FruitFactory {
 public Fruit createFruit(String type) {
if (type.equals("apple")) {//生产苹果
return new Apple();
} else if (type.equals("pear")) {//生产梨
return new Pear();
}
return null;
}
}

使用工厂生产产品：

public class FruitApp {
 public static void main(String[] args) {
 FruitFactory mFactory = new FruitFactory();
 Apple apple = (Apple) mFactory.createFruit("apple");//获得苹果
 Pear pear = (Pear) mFactory.createFruit("pear");//获得梨
 apple.whatIm();
 pear.whatIm();
}
}

以上的这种方式，每当添加一种水果，就必然要修改工厂类，违反了开闭原则；

所以简单工厂只适合于产品对象较少，且产品固定的需求，对于产品变化无常的需求来说显然不合适。

3.3 工厂方法（Factory Method）

定义：

将工厂提取成一个接口或抽象类，具体生产什么产品由子类决定；
角色：
1、抽象产品
2、具体产品
3、抽象工厂
4、具体工厂
使用说明：

和上例中一样，产品类抽象出来，这次我们把工厂类也抽象出来，生产什么样的产品由子类来决定。代码如下：
水果接口、苹果类和梨类：

代码和上例一样

抽象工厂接口：

public interface FruitFactory {
 Fruit createFruit();//生产水果
}

苹果工厂：

public class AppleFactory implements FruitFactory {
 @Override
 public Apple createFruit() {
return new Apple();
}
}

梨工厂：

public class PearFactory implements FruitFactory {
 @Override
 public Pear createFruit() {
return new Pear();
}
}

使用工厂生产产品：

public class FruitApp {
 public static void main(String[] args){
 AppleFactory appleFactory = new AppleFactory();
 PearFactory pearFactory = new PearFactory();
 Apple apple = appleFactory.createFruit();//获得苹果
 Pear pear = pearFactory.createFruit();//获得梨
 apple.whatIm();
 pear.whatIm();
}
}

以上这种方式，虽然解耦了，也遵循了开闭原则，但是如果我需要的产品很多的话，需要创建非常多的工厂，所以这种方式的缺点也很明显。

3.4 抽象工厂（Abstract Factory）

定义：

为创建一组相关或者是相互依赖的对象提供的一个接口，而不需要指定它们的具体类。
角色：

1. 1、抽象产品
   2、具体产品
   3、抽象工厂
   4、具体工厂

使用说明：

抽象工厂和工厂方法的模式基本一样，区别在于，工厂方法是生产一个具体的产品，而抽象工厂可以用来生产一组相同，有相对关系的产品；重点在于一组，一批，一系列；举个例子，假如生产小米手机，小米手机有很多系列，小米note、红米note等；假如小米note生产需要的配件有825的处理器，6英寸屏幕，而红米只需要650的处理器和5寸的屏幕就可以了。用抽象工厂来实现：

cpu接口和实现类：

public interface Cpu {
void run();
class Cpu650 implements Cpu {
 @Override
 public void run() {
 System.out.println("650 也厉害");
}
}
class Cpu825 implements Cpu {
 @Override
 public void run() {
 System.out.println("825 更强劲");
}
}
}

屏幕接口和实现类：

public interface Screen {
void size();
class Screen5 implements Screen {
 @Override
 public void size() {
 System.out.println("" +
"5寸");
}
}
class Screen6 implements Screen {
 @Override
 public void size() {
 System.out.println("6寸");
}
}
}

抽象工厂接口：

public interface PhoneFactory {
 Cpu getCpu();//使用的cpu
 Screen getScreen();//使用的屏幕
}

小米手机工厂：

public class XiaoMiFactory implements PhoneFactory {
 @Override
 public Cpu.Cpu825 getCpu() {
return new Cpu.Cpu825();//高性能处理器
}
 @Override
 public Screen.Screen6 getScreen() {
return new Screen.Screen6();//6寸大屏
}
}

红米手机工厂：

public class HongMiFactory implements PhoneFactory {
 @Override
 public Cpu.Cpu650 getCpu() {
return new Cpu.Cpu650();//高效处理器
}
 @Override
 public Screen.Screen5 getScreen() {
return new Screen.Screen5();//小屏手机
}
}

使用工厂生产产品：

public class PhoneApp {
 public static void main(String[] args){
 HongMiFactory hongMiFactory = new HongMiFactory();
 XiaoMiFactory xiaoMiFactory = new XiaoMiFactory();
 Cpu.Cpu650 cpu650 = hongMiFactory.getCpu();
 Cpu.Cpu825 cpu825 = xiaoMiFactory.getCpu();
 cpu650.run();
 cpu825.run();
 Screen.Screen5 screen5 = hongMiFactory.getScreen();
 Screen.Screen6 screen6 = xiaoMiFactory.getScreen();
 screen5.size();
 screen6.size();
}
}

以上例子可以看出，抽象工厂可以解决一系列的产品生产的需求，对于大批量，多系列的产品，用抽象工厂可以更好地管理和扩展。

3.5三种工厂方式总结

1、对于简单工厂和工厂方法来说，两者的使用方式实际上是一样的，如果对于产品的分类和名称是确定的，数量是相对固定的，推荐使用简单工厂模式；

2、抽象工厂用来解决相对复杂的问题，适用于一系列、大批量的对象生产。

4 代理模式（Proxy）

4.1什么是代理模式？

代理模式给某一个对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对原对象的引用。通俗地来讲代理模式就是我们生活中常见的中介。

举个例子来说明：假如说我现在想买一辆二手车，虽然我可以自己去找车源，做质量检测等一系列的车辆过户流程，但是这确实太浪费我得时间和精力了。我只是想买一辆车而已为什么我还要额外做这么多事呢？于是我就通过中介公司来买车，他们来给我找车源，帮我办理车辆过户流程，我只是负责选择自己喜欢的车，然后付钱就可以了。用图表示如下：

4.2 为什么要用代理模式？

中介隔离作用：

在某些情况下，一个客户类不想或者不能直接引用一个委托对象，而代理类对象可以在客户类和委托对象之间起到中介的作用，其特征是代理类和委托类实现相同的接口。

开闭原则，增加功能：

代理类除了是客户类和委托类的中介之外，我们还可以通过给代理类增加额外的功能来扩展委托类的功能，这样做我们只需要修改代理类而不需要再修改委托类，符合代码设计的开闭原则。代理类主要负责为委托类预处理消息、过滤消息、把消息转发给委托类，以及事后对返回结果的处理等。代理类本身并不真正实现服务，而是通过调用委托类的相关方法，来提供特定的服务。真正的业务功能还是由委托类来实现，但是可以在业务功能执行的前后加入一些公共的服务。例如我们想给项目加入缓存、日志这些功能，我们就可以使用代理类来完成，而没必要修改已经封装好的委托类。

4.3 有哪几种代理模式？

我们有多种不同的方式来实现代理。

如果按照代理创建的时期来进行分类的话，可以分为两种：静态代理、动态代理。

• ● 静态代理是由程序员创建或特定工具自动生成源代码，再对其编译。在程序员运行之前，代理类.class文件就已经被创建了。
• ● 动态代理是在程序运行时通过反射机制动态创建的。

4.4 静态代理（Static Proxy）

第一步：创建服务类接口

public interface BuyHouse {
void buyHouse();
}

第二步：实现服务接口

public class BuyHouseImpl implements BuyHouse {
 @Override
 public void buyHouse() {
 System.out.println("我要买房");
}
}

第三步：创建代理类

 public class BuyHouseProxy implements BuyHouse {
 private BuyHouse buyHouse;
 public BuyHouseProxy(final BuyHouse buyHouse) {
this.buyHouse = buyHouse;
}
 @Override
 public void buyHouse() {
 System.out.println("买房前准备");
 buyHouse.buyHouse();
 System.out.println("买房后装修");
}
}

第四步：编写测试类

public class HouseApp {
 public static void main(String[] args) {
 BuyHouse buyHouse = new BuyHouseImpl();
 BuyHouseProxy buyHouseProxy = new BuyHouseProxy(buyHouse);
 buyHouseProxy.buyHouse();
}
}

静态代理总结：

优点：可以做到在符合开闭原则的情况下对目标对象进行功能扩展。

缺点：我们得为每一个服务创建代理类，工作量太大，不易管理。同时接口一旦发生改变，代理类也得相应修改。

4.5 JDK动态代理（Dynamic Proxy）

在动态代理中我们不再需要再手动的创建代理类，我们只需要编写一个动态处理器就可以了。真正的代理对象由JDK在运行时为我们动态地来创建。

第一步：创建服务类接口

代码和上例一样

第二步：实现服务接口

代码和上例一样

第三步：编写动态处理器

public class HouseApp {
 public static void main(String[] args) {
 BuyHouse buyHouse = new BuyHouseImpl();
 BuyHouseProxy buyHouseProxy = new BuyHouseProxy(buyHouse);
 buyHouseProxy.buyHouse();
}
}

第四步：编写测试类

public class HouseApp {
 public static void main(String[] args) {
 BuyHouse buyHouse = new BuyHouseImpl();
 BuyHouseProxy buyHouseProxy = new BuyHouseProxy(buyHouse);
 buyHouseProxy.buyHouse();
}
}

Proxy是所有动态生成的代理的共同的父类，这个类有一个静态方法Proxy.newProxyInstance()，接收三个参数：

● ClassLoader loader：指定当前目标对象使用的类加载器,获取加载器的方法是固定的

● Class[] interfaces：指定目标对象实现的接口的类型,使用泛型方式确认类型

● InvocationHandler：指定动态处理器，执行目标对象的方法时,会触发事件处理器的方法

JDK动态代理总结：

优点：相对于静态代理，动态代理大大减少了开发任务，同时减少了对业务接口的依赖，降低了耦合度。

缺点：Proxy是所有动态生成的代理的共同的父类，因此服务类必须是接口的形式，不能是普通类的形式，因为Java无法实现多继承。

4.6 CGLib动态代理（CGLib Proxy）

JDK实现动态代理需要实现类通过接口定义业务方法，对于没有接口的类，如何实现动态代理呢，这就需要CGLib了。CGLib采用了底层的字节码技术，其原理是通过字节码技术为一个类创建子类，并在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类方法的调用，顺势织入横切逻辑。但因为采用的是继承，所以不能对final修饰的类进行代理。JDK动态代理与CGLib动态代理均是实现Spring AOP的基础。

Cglib子类代理实现方法：

（1）引入cglib的jar文件，asm的jar文件

（2）代理的类不能为final

（3）目标业务对象的方法如果为final/static，那么就不会被拦截，即不会执行目标对象额外的业务方法

第一步：创建服务类

public class BuyHouse2 {
 public void buyHouse() {
 System.out.println("我要买房");
}
}

第二步：创建CGLIB代理类

public class CglibProxy implements MethodInterceptor {
 private Object target;
 public CglibProxy(Object target) {
this.target = target;
}
/**
 * 给目标对象创建一个代理对象
 * @return 代理对象
 */
 public Object getProxyInstance() {
 //1.工具类
 Enhancer enhancer = new Enhancer();
 //2.设置父类
 enhancer.setSuperclass(target.getClass());
 //3.设置回调函数
 enhancer.setCallback(this);
 //4.创建子类(代理对象)
return enhancer.create();
}
 public Object intercept(Object object, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
 System.out.println("买房前准备");
 //执行目标对象的方法
 Object result = method.invoke(target, args);
 System.out.println("买房后装修");
return result;
}
}

第三步：创建测试类

public class HouseApp {
 public static void main(String[] args) {
 BuyHouse2 target = new BuyHouse2();
 CglibProxy cglibProxy = new CglibProxy(target);
 BuyHouse2 buyHouseCglibProxy = (BuyHouse2) cglibProxy.getProxyInstance();
 buyHouseCglibProxy.buyHouse();
}
}

CGLib代理总结：

CGLib创建的动态代理对象比JDK创建的动态代理对象的性能更高，但是CGLIB创建代理对象时所花费的时间却比JDK多得多。所以对于单例的对象，因为无需频繁创建对象，用CGLIB合适，反之使用JDK方式要更为合适一些。同时由于CGLib由于是采用动态创建子类的方法，对于final修饰的方法无法进行代理。

4.7 简述动态代理的原理， 常用的动态代理的实现方式

动态代理的原理: 使用一个代理将对象包装起来，然后用该代理对象取代原始对象。任何对原始对象的调用都要通过代理。

代理对象决定是否以及何时将方法调 用转到原始对象上

动态代理的方式

基于接口实现动态代理： JDK动态代理

基于继承实现动态代理： Cglib、Javassist动态代理