23种设计模式精讲：从入门到精通，一文掌握设计模式核心思想

面试中经常被问到设计模式？项目中不知道如何应用设计模式优化代码？面对复杂系统设计感到无从下手？本文全面讲解23种GoF设计模式，包括6大设计原则、5种创建型模式、7种结构型模式、11种行为型模式，结合UML类图、源码解析和实战案例，助你成为架构设计高手，轻松应对大厂面试！

📋 文章目录

• 一、设计模式概述
  • 1.1 代码质量评价标准
  • 1.2 编程方法论
  • 1.3 设计模式分类
• 二、UML类图
• 三、六大设计原则（SOLID）
• 四、创建型模式（5种）
  • 4.1 单例模式
  • 4.2 工厂方法模式
  • 4.3 抽象工厂模式
  • 4.4 建造者模式
  • 4.5 原型模式
• 五、结构型模式（7种）
  • 5.1 代理模式
  • 5.2 桥接模式
  • 5.3 装饰者模式
  • 5.4 适配器模式
  • 5.5 门面模式
  • 5.6 组合模式
  • 5.7 享元模式
• 六、行为型模式（11种）
• 七、设计模式速查表

一、设计模式概述

1.1 代码质量评价标准

设计模式的目标：提高代码质量，写出可维护、可扩展、可读性强的高质量代码。

1.2 编程方法论

提升代码质量的完整体系：

面向对象设计（基础） ↓ 设计原则（指导思想） ↓ 设计模式（原则的具体实现） ↓ 编程规范（提高可读性） ↓ 重构技巧（持续优化）

六大设计原则（SOLID）：

1.3 设计模式分类

GoF（Gang of Four）23种设计模式分为三大类：

二、UML类图

2.1 类图表示法

2.2 类之间的关系

编程建议：多用组合，少用继承

三、六大设计原则（SOLID）

3.1 单一职责原则（SRP）

定义：一个类或模块只负责完成一个职责。

核心思想：不要设计大而全的类，要设计粒度小、功能单一的类。

判断标准：

• 类中的代码行数、函数过多
• 类依赖的其他类过多
• 私有方法过多
• 大量方法集中操作几个属性

3.2 开闭原则（OCP）⭐最重要

定义：对扩展开放，对修改关闭。

实现方式：

1. 通过接口或抽象类定义稳定的行为
2. 通过具体实现类来扩展功能

示例：

// 抽象接口 - 稳定publicinterfaceIStrategy{doublerealPrice(doubleconsumePrice);}// 具体实现 - 可扩展publicclassPromotionalStrategyimplementsIStrategy{publicdoublerealPrice(doubleconsumePrice){if(consumePrice>200){return200+(consumePrice-200)*0.8;}returnconsumePrice;}}publicclassRebateStrategyimplementsIStrategy{publicdoublerealPrice(doubleconsumePrice){returnconsumePrice*0.8;}}

3.3 里氏替换原则（LSP）

定义：子类对象能够替换程序中父类对象出现的任何地方，并且保证程序逻辑行为不变。

核心：子类可以扩展父类功能，但不能改变父类原有功能。

3.4 接口隔离原则（ISP）

定义：客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法。

与单一职责原则的区别：

• 单一职责原则约束的是类
• 接口隔离原则约束的是接口

3.5 依赖倒置原则（DIP）

定义：

1. 高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖抽象
2. 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象

实现方式：面向接口编程

3.6 迪米特法则（LoD）

定义：最少知识原则，talk only to your immediate friends（只和你最亲密的朋友交谈）。

核心：降低类之间的耦合度。

四、创建型模式（5种）

创建型模式提供创建对象的机制，提升已有代码的灵活性和复用性。

4.1 单例模式 ⭐⭐⭐⭐⭐

定义：保证一个类在运行期间只有一个实例对外提供服务。

实现方式对比：

双重检测实现：

publicclassSingleton{// volatile保证可见性和禁止指令重排privatevolatilestaticSingletoninstance=null;privateSingleton(){}publicstaticSingletongetInstance(){// 第一次检查，避免不必要的同步if(instance==null){synchronized(Singleton.class){// 第二次检查，保证线程安全if(instance==null){instance=newSingleton();}}}returninstance;}}

枚举实现（推荐）：

publicenumSingleton{INSTANCE;publicvoiddoSomething(){// 业务逻辑}}// 使用Singleton.INSTANCE.doSomething();

4.2 工厂方法模式 ⭐⭐⭐⭐

定义：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。

角色：

• 抽象工厂（Abstract Factory）
• 具体工厂（Concrete Factory）
• 抽象产品（Abstract Product）
• 具体产品（Concrete Product）

示例：

// 抽象产品publicinterfaceIFreeGoods{ResponseResultsendFreeGoods(AwardInfoawardInfo);}// 具体产品publicclassDiscountFreeGoodsimplementsIFreeGoods{@OverridepublicResponseResultsendFreeGoods(AwardInfoawardInfo){System.out.println("发放打折券");returnnewResponseResult("200","成功");}}// 抽象工厂publicinterfaceFreeGoodsFactory{IFreeGoodsgetInstance();}// 具体工厂publicclassDiscountFreeGoodsFactoryimplementsFreeGoodsFactory{@OverridepublicIFreeGoodsgetInstance(){returnnewDiscountFreeGoods();}}

4.3 抽象工厂模式

定义：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定它们具体的类。

与工厂方法的区别：

• 工厂方法：创建单一产品
• 抽象工厂：创建产品族（一系列相关产品）

适用场景：

• 需要创建的产品系列有较多共性特征
• 需要解决跨平台兼容性问题

4.4 建造者模式 ⭐⭐⭐⭐

定义：将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

适用场景：

• 类的构造函数参数过多（超过4个）
• 需要创建不可变对象

链式调用实现：

publicclassRabbitMQClient{privateStringhost;privateintport;privateStringqueue;privateRabbitMQClient(Builderbuilder){this.host=builder.host;this.port=builder.port;this.queue=builder.queue;}publicstaticclassBuilder{privateStringhost="127.0.0.1";privateintport=5672;privateStringqueue;publicBuildersetHost(Stringhost){this.host=host;returnthis;}publicBuildersetPort(intport){this.port=port;returnthis;}publicBuildersetQueue(Stringqueue){this.queue=queue;returnthis;}publicRabbitMQClientbuild(){// 参数校验if(queue==null){thrownewRuntimeException("队列名称不能为空");}returnnewRabbitMQClient(this);}}}// 使用RabbitMQClientclient=newRabbitMQClient.Builder().setHost("192.168.1.1").setPort(5672).setQueue("order_queue").build();

4.5 原型模式

定义：用已创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同的新对象。

适用场景：

• 对象创建成本大（复杂计算、IO操作）
• 需要保存对象状态（撤销操作）

深克隆 vs 浅克隆：

深克隆实现：

publicclassConcretePrototypeimplementsCloneable,Serializable{privatePersonperson;// 浅克隆@OverrideprotectedConcretePrototypeclone()throwsCloneNotSupportedException{return(ConcretePrototype)super.clone();}// 深克隆（推荐）publicConcretePrototypedeepClone()throwsException{ByteArrayOutputStreambos=newByteArrayOutputStream();ObjectOutputStreamoos=newObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);ByteArrayInputStreambis=newByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStreamois=newObjectInputStream(bis);return(ConcretePrototype)ois.readObject();}}

五、结构型模式（7种）

结构型模式总结类和对象组合在一起的经典结构。

5.1 代理模式 ⭐⭐⭐⭐⭐

定义：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

三种实现方式：

JDK动态代理示例：

publicclassProxyFactory{privateObjecttarget;publicProxyFactory(Objecttarget){this.target=target;}publicObjectgetProxyInstance(){returnProxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(),target.getClass().getInterfaces(),(proxy,method,args)->{System.out.println("前置增强");Objectresult=method.invoke(target,args);System.out.println("后置增强");returnresult;});}}

应用场景：

• 远程代理：RPC调用
• 虚拟代理：延迟加载
• 保护代理：权限控制
• 智能引用：引用计数

5.2 桥接模式

定义：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

核心思想：用组合替代继承，避免类爆炸。

示例：支付系统（支付渠道 × 支付方式）

支付渠道（微信、支付宝） ↓ 组合 支付方式（密码、人脸、指纹）

5.3 装饰者模式

定义：动态地给一个对象添加一些额外的职责。

特点：

• 比继承更灵活
• 可以动态添加/移除功能
• 符合开闭原则

经典应用：Java IO流

// 层层包装，动态添加功能InputStreamis=newFileInputStream("test.txt");BufferedInputStreambis=newBufferedInputStream(is);DataInputStreamdis=newDataInputStream(bis);

5.4 适配器模式

定义：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。

两种实现：

• 类适配器：通过继承实现
• 对象适配器：通过组合实现（推荐）

应用场景：

• 接口不兼容
• 复用旧代码
• 统一多个类的接口

5.5 门面模式（外观模式）

定义：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。

作用：

• 简化客户端调用
• 降低耦合度
• 分层架构的入口

5.6 组合模式

定义：将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。

适用场景：

• 树形结构场景
• 统一处理叶子节点和容器

经典应用：文件系统、组织架构

5.7 享元模式

定义：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

核心思想：复用对象，减少内存占用。

经典应用：

• Java字符串常量池
• 数据库连接池
• 线程池

六、行为型模式（11种）

行为型模式负责对象间的高效沟通和职责传递委派。

6.1 观察者模式 ⭐⭐⭐⭐⭐

定义：定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

经典应用：

• Java的Observable和Observer
• Spring事件监听机制
• 消息队列（MQ）

6.2 模板方法模式 ⭐⭐⭐⭐

定义：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中。

经典应用：

• Spring的JdbcTemplate
• Servlet的doGet/doPost

6.3 策略模式 ⭐⭐⭐⭐⭐

定义：定义算法族，分别封装起来，让它们可以互相替换。

经典应用：

• Java的Comparator接口
• Spring的Resource加载策略

七、设计模式速查表

7.1 设计原则速查

7.2 设计模式速查

7.3 面试高频题

1. 单例模式的线程安全实现？（双重检测、静态内部类、枚举）
2. 工厂模式与建造者模式的区别？
3. JDK动态代理与CGLIB动态代理的区别？
4. Spring中使用了哪些设计模式？
5. 浅克隆与深克隆的区别及实现？

总结

本文系统讲解了23种GoF设计模式：

1. 六大设计原则（SOLID）：单一职责、开闭、里氏替换、接口隔离、依赖倒置、迪米特法则
2. 创建型模式（5种）：单例、工厂方法、抽象工厂、建造者、原型
3. 结构型模式（7种）：代理、桥接、装饰者、适配器、门面、组合、享元
4. 行为型模式（11种）：观察者、模板方法、策略、职责链、迭代器、状态、命令、备忘录、访问者、中介者、解释器

学习建议：

• 先理解设计原则，再学习设计模式
• 结合实际项目，在实践中应用
• 阅读优秀框架源码（Spring、JDK）
• 不要过度设计，简单问题简单解决

设计模式是内功，不是招式。掌握设计思想比记忆具体实现更重要。

关键词：设计模式, GoF, 单例模式, 工厂模式, 代理模式, 观察者模式, 策略模式, 建造者模式, SOLID原则, UML类图

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