Java设计模式终极指南：从单例到策略模式的实战代码解析

在Java开发领域，设计模式是解决特定问题的经典方案，也是高级开发者必须掌握的技能。本文将全面解析23种GoF设计模式，并结合Spring框架展示这些模式在实际项目中的应用价值。

一、设计模式基础概念

设计模式(Design Pattern)是软件设计中常见问题的典型解决方案。它们就像预制的蓝图，可以通过适当调整来解决代码中的特定问题。Java作为面向对象编程语言的代表，特别适合应用各种设计模式。

为什么需要学习设计模式？主要有三个原因：
1. 提高代码复用性
2. 增强系统可维护性
3. 提升开发效率

二、创建型模式详解

1. 单例模式(Singleton)

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。在Java中实现单例有多种方式：

// 双重检查锁实现
public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

Spring框架中的ApplicationContext就是单例模式的典型应用。

2. 工厂模式(Factory)

工厂模式包括简单工厂、工厂方法和抽象工厂三种变体。Spring的BeanFactory就是工厂模式的杰出代表：

// 工厂方法示例
public interface LoggerFactory {
    Logger createLogger();
}

public class FileLoggerFactory implements LoggerFactory {
    public Logger createLogger() {
        return new FileLogger();
    }
}

三、结构型模式实践

1. 适配器模式(Adapter)

适配器模式使接口不兼容的类能够一起工作。Java中的InputStreamReader就是适配器模式的典型例子：

// 适配字节流到字符流
Reader reader = new InputStreamReader(new FileInputStream("file.txt"), "UTF-8");

2. 装饰器模式(Decorator)

Java I/O流大量使用了装饰器模式：

// 装饰器示例
InputStream in = new BufferedInputStream(
                 new FileInputStream("data.txt"));

四、行为型模式应用

1. 观察者模式(Observer)

Java提供了内置的Observer接口和Observable类，但在实际项目中更推荐使用PropertyChangeListener：

// 自定义观察者实现
public class NewsPublisher {
    private PropertyChangeSupport support;

    public NewsPublisher() {
        support = new PropertyChangeSupport(this);
    }

    public void addObserver(PropertyChangeListener pcl) {
        support.addPropertyChangeListener(pcl);
    }

    public void setNews(String value) {
        support.firePropertyChange("news", null, value);
    }
}

2. 策略模式(Strategy)

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换：

// 支付策略示例
public interface PaymentStrategy {
    void pay(int amount);
}

public class CreditCardStrategy implements PaymentStrategy {
    public void pay(int amount) {
        System.out.println("信用卡支付：" + amount);
    }
}

五、Spring框架中的设计模式

Spring框架是设计模式应用的集大成者，其中最重要的几种模式包括：

1. 控制反转(IoC) - 工厂模式的扩展
2. 依赖注入(DI) - 组合优于继承原则的实践
3. AOP编程 - 代理模式的典型应用
4. 模板方法 - JdbcTemplate等模板类的实现基础

六、设计模式选择指南

在实际项目中如何选择合适的设计模式？考虑以下因素：
1. 问题本质：创建对象？组织对象？对象间通信？
2. 系统变化点：识别哪些部分可能经常变化
3. 可维护性：模式是否会让代码更清晰
4. 性能影响：某些模式可能带来额外开销

七、常见误区与最佳实践

1. 不要过度设计：简单问题不需要复杂模式
2. 理解优于记忆：掌握原则比死记硬背更重要
3. 模式组合使用：实际项目往往需要多种模式配合
4. 保持灵活性：避免模式固化导致难以修改