设计模式目录

一、前言

设计模式是针对反复出现的设计问题给出的解决方案。它关心类和对象之间如何划分职责、如何协作，使需求变化时只需修改少量代码；它描述的是解决思路，而不是可以直接复制的代码。

学习设计模式，一方面可以复用前人总结的设计经验，另一方面在讨论设计时可以用“策略”“装饰”等名词代替大段的描述。

四人组（Gang of Four, GoF）在《设计模式》中把 23 种模式分为三类：

创建型关注对象如何被创建，使创建与使用分离，常用的有单例、工厂方法和生成器；
结构型关注类和对象如何组合成更大的结构，常用的有适配器、装饰和代理；
行为型关注对象之间如何分配职责和通信，常用的有策略、观察者、责任链和模板方法。

JDK 中，Runtime.getRuntime() 是单例，Calendar.getInstance() 是静态工厂方法，BufferedInputStream 包装其它输入流以增加缓冲，属于装饰。Arrays.asList() 把数组适配为 List，属于适配器；java.lang.reflect.Proxy 在运行时生成代理对象。

集合框架中，List.sort() 传入的 Comparator 是策略，换一个 Comparator 就换一种排序规则；继承 AbstractList 只需实现 get() 和 size()，indexOf()、contains() 等方法由父类基于这两个方法实现，属于模板方法；Collection#iterator() 由各实现类决定返回哪种迭代器，属于工厂方法。

Spring 中的用法见 Spring 中的设计模式。

后面的目录中，标为“选读”的模式在面试中很少单独问到，了解意图即可。

项目中的用法

设计模式针对的是变化：某处代码会随着需求不断增加分支或步骤时，用模式把变化的部分隔离出来，以后只需新增代码而不必修改已有的代码。以电商的下单流程为例，几个常用模式各自用在：

环节	变化点	模式
下单前的校验	校验项不断增加：参数、限购、黑名单、库存	责任链
计算运费、选择支付渠道	同一件事有多种算法，按类型选择其中一种	策略加简单工厂
接收多家物流公司的回调	步骤固定（验签、幂等、处理、应答），只有处理的部分不同	模板方法
支付成功后加积分、发短信	接收方不断增加，发布方不想知道有哪些接收方	观察者，即 Spring 的事件
事务、分布式锁、日志	与业务无关、很多方法都要加的逻辑	代理，即 Spring AOP

以下单前的校验为例，每个校验项是一个处理者，按顺序执行，任何一个不通过就抛出异常，后面的不再执行：

public interface OrderValidator {
    void check(OrderRequest req);          // 不通过时抛出异常，链条到此为止
}

@Component @Order(1)
public class ParamValidator implements OrderValidator {
    public void check(OrderRequest req) {
        if (req.count() <= 0) throw new IllegalArgumentException("数量必须大于 0");
    }
}

@Component @Order(2)
public class LimitValidator implements OrderValidator {
    public void check(OrderRequest req) {
        if (req.count() > 2) throw new IllegalStateException("每人限购 2 件");
    }
}

@Service
public class OrderService {
    private final List<OrderValidator> validators;     // Spring 按 @Order 排好序注入

    public OrderService(List<OrderValidator> validators) {
        this.validators = validators;
    }

    public void create(OrderRequest req) {
        validators.forEach(v -> v.check(req));
        // 校验全部通过，创建订单
    }
}

再加上库存校验（@Order(3)），购买 3 件时依次执行参数校验、限购校验，抛出“每人限购 2 件”，库存校验不再执行（Spring Boot 3.3 实测，见附录 A1）。新增黑名单校验只需要再写一个带 @Component 的实现类，OrderService 不用修改。

需要注意的是，链上的处理者最好只做校验这类不修改数据的事。如果某个处理者已经扣了优惠券，后面的处理者再失败，前面的修改不会自动撤销，需要把整条链放在一个事务中，或者由处理者提供补偿操作。链条变长以后，请求在哪一环被拦下也要靠日志才能查清。

几个容易混淆的模式：

策略和工厂常一起出现：工厂决定取得哪一个对象，策略决定执行哪一种算法，见与简单工厂和 Spring 容器结合；
三种工厂：简单工厂由一个类按参数创建各种产品，新增产品要修改它；工厂方法由子类决定创建哪一种，新增产品只需新增子类；抽象工厂创建一组必须一起使用的相关对象；
责任链中的请求依次经过多个处理者，策略只选择其中一个算法执行；
策略和状态的类图相似，策略通常由客户端选择并替换，状态随运行中的状态转移而切换（转移逻辑写在状态对象或 Context 中），见与状态模式的比较；
代理和装饰的结构相同，都实现被包装对象的接口并持有它的引用，代理用来控制访问，装饰用来叠加功能，见代理。

需要注意的是，模式不是用得越多越好。只有两三个分支、短期内不会再增加的 if-else 不需要改成策略，引入模式的理由应该是已经出现或可以预见的变化。

二、创建型

三、行为型

责任链.md
命令.md（选读）
解释器.md（选读）
迭代器.md（选读）
中介者.md（选读）
备忘录.md（选读）
观察者.md
状态.md（选读）
策略.md
模板方法.md
访问者.md（选读）
空对象.md（选读）

四、结构型

适配器.md
桥接.md（选读）
组合.md（选读）
装饰.md
外观.md（选读）
享元.md（选读）
代理.md

附录：实测

A1 下单校验的责任链

Spring Boot 3.3.5（Spring Framework 6.1.14）、JDK 21，Apple M1 Pro。三个校验器与正文相同，库存校验 StockValidator 标注 @Order(3)、只打印一行；每个校验器先打印自己的名称。用 @Import 注册时故意按库存、参数、限购的顺序列出，注入的 List 仍按 @Order 排序。依次以购买 1 件和 3 件调用 create()：

== 购买 1 件
参数校验
限购校验
库存校验
创建订单
== 购买 3 件
参数校验
限购校验
下单失败：每人限购 2 件

参考资料

弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007.
Gamma E. 设计模式：可复用面向对象软件的基础 [M]. 机械工业出版社, 2007.
Bloch J. Effective Java [M]. Addison-Wesley Professional, 2017.
Design Patterns
Design patterns implemented in Java
The breakdown of design patterns in JDK
Spring Framework: Using @Autowired

在阅读器中可以用目录和搜索、切换深色模式、练习这篇笔记中的面试题：打开《设计模式目录》