Java 设计模式 面试题及答案整理，最新面试题
Java中单例设计模式有哪些实现方式？
Java中单例设计模式主要有以下几种实现方式：
1、懒汉式（线程不安全）： 这种实现方式支持延迟加载，但是在多线程环境下不能保证单例的唯一性。
2、懒汉式（线程安全）： 通过在方法前加同步锁synchronized关键字的方式，保证在多线程环境下单例的唯一性，但会降低性能。
3、饿汉式： 类加载时就初始化实例，以空间换时间，避免了多线程同步问题。
4、双重检查锁定（Double-Checked Locking）： 在懒汉式基础上增加了双重检查，既保证了懒加载，又解决了多线程问题。
5、静态内部类： 利用类加载机制保证单例的唯一性，既实现懒加载，又保证了线程安全。
6、枚举： 利用枚举的特性，不仅能避免多线程问题，还能防止反序列化重新创建新的对象。
观察者设计模式在Java中是如何工作的？
观察者设计模式定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。在Java中，观察者模式通常通过java.util.Observable类和java.util.Observer接口实现。具体工作流程如下：
1、创建被观察者类： 继承Observable类。
2、创建观察者接口： 实现Observer接口，重写update方法。
3、注册观察者： 被观察者对象调用addObserver方法注册观察者。
4、状态变化通知： 当被观察者状态发生变化，通过调用setChanged和notifyObservers方法通知所有观察者对象。
这种模式广泛用于实现分布式事件处理系统、组件间解耦等场景。
工厂模式与抽象工厂模式有何不同？
工厂模式和抽象工厂模式都属于创建型设计模式，主要用于对象的创建，但它们之间有一些关键的不同：
1、目的不同： 工厂模式（Factory Method）旨在通过让子类决定应该实例化哪一个类来创建对象，主要用于创建单一类型的对象。而抽象工厂模式（Abstract Factory）提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。
2、复杂性不同： 工厂模式相对简单，每个具体工厂类只负责创建一种具体产品。抽象工厂模式更复杂，一个工厂类可以创建多种产品对象。
3、应用场景不同： 工厂模式适用于产品种类相对较少且不会频繁增加的情况。抽象工厂模式适用于有多个产品系列，且产品系列中的产品需要一起使用时。
在Java中，代理模式主要解决什么问题？并举例说明。
代理模式主要用于提供一个代理对象来控制对另一个对象的访问。这样做的目的是可以在不修改原有对象的基础上，通过引入代理对象来增加或修改某些功能。在Java中，代理模式主要解决的问题包括：
1、访问控制： 通过代理对象控制对原对象的访问，实现权限控制等功能。
2、延迟初始化： 对于一些创建开销较大的对象，可以通过代理模式实现延迟初始化，提高系统性能。
3、日志记录与监控： 在代理对象中添加日志记录和性能监控的代码，以便于跟踪和记录对原对象的访问情况。
例如，使用代理模式实现网络请求的缓存，代理类在执行实际请求前先检查是否有缓存数据，有则直接返回缓存数据，无则发起网络请求并缓存结果，这样可以减少网络请求次数，提高效率。
装饰器设计模式在Java中是如何实现的？
装饰器设计模式允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。这种类型的设计模式作为结构型模式，通过创建一个装饰类，用来包装原有类的实例。在Java中，装饰器模式的实现通常遵循以下步骤：
1、定义组件接口： 创建一个接口，声明你想被装饰的对象的方法。
2、实现组件接口： 创建一或多个实现了组件接口的具体类。
3、创建装饰类： 该类也实现了组件接口，它包含了一个组件接口类型的对象引用，通过构造方法或者设置方法将具体对象传入。
4、扩展功能： 在装饰类中添加新的功能，对组件接口中的方法进行增强。
这种模式在Java IO类库中应用广泛，例如BufferedReader和BufferedWriter都是通过装饰器模式来增强Reader和Writer对象的功能。
建造者模式在Java中有哪些应用？
建造者模式旨在分离复杂对象的构建和表示，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。这种模式特别适合于那些对象的创建涉及多个步骤的情况。在Java中，建造者模式的应用包括：
1、StringBuilder类： StringBuilder的实现使用了建造者模式，允许通过多次调用append方法来构建最终的字符串。
2、Guava的Immutable对象： Guava库提供的不可变集合类的构建，如ImmutableList、ImmutableSet等，使用了建造者模式，通过一个Builder对象来逐步构建不可变对象。
3、Spring框架中的BeanDefinitionBuilder： 在Spring框架中，BeanDefinitionBuilder用于构建BeanDefinition对象，它提供了一种流畅的API来配置Bean的属性。
建造者模式通过将对象的构建过程封装在一个Builder对象中，使得创建过程更加清晰，同时也易于维护和扩展。
策略模式在Java中是如何应用的？
策略模式定义了算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。在Java中，策略模式通常用于实现以下场景：
1、数据验证： 可以定义一系列的验证策略，如电子邮件验证、电话号码验证等，根据不同的输入选择不同的验证策略。
2、排序算法： Java标准库中的Collections.sort()方法接受一个Comparator对象作为参数，这个Comparator就是一个策略接口，用户可以根据需要传入不同的实现来控制排序逻辑。
3、支付方式选择： 在电商系统中，可以为每种支付方式（如信用卡支付、PayPal支付、货到付款）定义一个策略，根据用户的选择使用对应的支付策略。
策略模式使得算法可以在不影响到客户端的情况下发生变化，增加了代码的灵活性和可维护性。
在Java中，桥接模式主要解决什么问题？
桥接模式是设计模式中的结构型模式，它的主要目的是将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立地变化。在Java中，桥接模式主要解决以下问题：
1、类的维度增加问题： 当系统中类的维度增加时，使用继承会导致大量的类产生，桥接模式通过组合的方式减少类的数量。
2、抽象和实现解耦： 使得抽象部分和实现部分可以独立地变化和扩展，而不是固定地绑定在一起。
3、提高可扩展性： 由于抽象与实现分离，所以扩展时只需关注对应的部分，无需修改原有的另一端代码，提高了系统的扩展性。
例如，在GUI库的设计中，桥接模式可以用来分离抽象的窗口接口和具体的窗口实现，使得在不同平台（如Windows、Linux）上都可以使用同一套抽象接口，而具体的实现则根据平台的不同而不同。这样做既实现了平台的独立性，也便于维护和扩展。
如何在Java中实现命令模式？
命令模式是一种行为设计模式，它将请求或简单操作封装为一个对象，从而允许用户使用不同的请求、队列请求、记录请求日志以及实现可撤销操作。在Java中实现命令模式通常遵循以下步骤：
1、定义命令接口： 创建一个命令接口，声明执行操作的execute()方法。
2、创建具体命令类： 实现命令接口，定义在执行操作时必须执行的动作。每个具体命令类都会有一个接收者，并调用接收者的一个或多个动作。
3、定义接收者： 创建接收操作请求的类，具体命令对象对这个类的方法进行封装。
4、客户端角色： 创建命令对象，并设定它的接收者。
5、调用者： 请求命令执行操作，可以存储命令对象用于执行操作。
命令模式允许将发送者和接收者解耦，发送者和接收者不需要直接交互，而是通过命令对象进行交互，增加了系统的灵活性。
在Java中，适配器模式主要解决什么问题？
适配器模式是一种结构型设计模式，它允许将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口，使原本接口不兼容的类可以一起工作。在Java中，适配器模式主要解决以下问题：
1、接口不兼容问题： 当希望使用的类的接口与系统的其他部分不兼容时，适配器可以在不修改原有类的基础上实现接口的兼容。
2、重用现有的类： 通过适配器模式，可以重用现有的类，即使它们的接口不符合系统的需求。
3、增加类的透明性和复用性： 适配器模式提高了类的透明性和复用，使得类与类之间的关系更加灵活。
适配器模式在Java标准库中广泛使用，如java.util.Arrays#asList(T...)方法就是一个将数组适配为列表的适配器。
Java中享元模式的应用场景有哪些？
享元模式是一种结构型设计模式，旨在通过共享来减少对象的创建，减少内存占用，提高性能。在Java中，享元模式主要应用于以下场景：
1、系统中存在大量相似对象： 当系统中存在大量相似或重复的对象，使用享元模式可以减少对象的数量，节省资源。
2、对象的状态大部分可以外部化： 享元模式将对象的状态分为内部状态和外部状态，内部状态共享，外部状态在需要时传入，这样可以进一步减少系统中对象的数量。
3、对性能和内存使用有高要求的系统： 在性能要求较高或资源受限的系统中，通过共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
Java标准库中的String池和数据库连接池技术都是享元模式的应用实例，通过复用对象来减少创建对象的开销。
解释Java中责任链模式的工作原理及应用。
责任链模式是一种行为设计模式，它为请求创建了一个接收者对象的链。每个接收者都包含对另一个接收者的引用。如果一个对象不能处理该请求，它会把相同的请求传给下一个接收者，依此类推。在Java中，责任链模式的工作原理及应用如下：
1、定义处理请求的接口： 创建一个处理请求的接口，包含一个方法来定义在链上处理请求的方式。
2、创建具体处理者类： 实现处理请求接口，提供请求的具体处理逻辑。如果当前处理者不能处理请求，则将请求传递给链中的下一个对象。
3、构建链： 通过在每个处理者中引用下一个处理者来构建责任链。
责任链模式在Java中的应用场景包括：
责任链模式提高了请求的处理效率，可以动态地添加或修改处理逻辑，使系统更加灵活和可扩展。
在Java中实现中介者模式主要解决什么问题？
中介者模式是一种行为设计模式，它通过引入一个第三方对象（中介者）来管理一组对象之间的复杂关系。这样做的目的是减少类之间的直接交流，降低系统的耦合度，增强了系统的可维护性。在Java中，中介者模式主要解决以下问题：
1、减少类之间的依赖关系： 当系统中对象之间的交互非常复杂时，直接的通信会使得对象之间的耦合度过高，难以维护和扩展。中介者模式通过使对象仅与中介者通信，减少了对象之间的直接联系。
2、集中控制交互逻辑： 将对象间的交互逻辑集中到中介者中，使得交互逻辑变得更加集中和明确，也更容易在不影响其他对象的情况下修改交互逻辑。
3、简化对象协议： 对象可以无需知道其他对象的具体情况，仅通过中介者即可进行通信，简化了对象之间的协议。
中介者模式在实现多个类之间的通信时尤为有效，例如在GUI开发中管理各组件之间的交互，或是在复杂系统中协调各个服务的操作。
Java中的状态模式与策略模式有何不同？
状态模式和策略模式都属于行为设计模式，它们在Java中都非常有用，但主要区别在于它们解决的问题和应用的场景：
1、目的不同： 状态模式主要用于对象状态的管理和行为的改变，当对象的状态改变时，其行为也会随之改变。而策略模式主要用于定义一系列的算法，使它们可以相互替换，策略模式允许客户端根据不同情况选择不同的算法。
2、应用场景不同： 状态模式通常用于对象状态较多，且状态转换较复杂的场景，它可以避免大量的条件选择语句。策略模式适用于需要从多个算法中选择一种算法的场景，它通过定义算法族，分别封装，让它们之间可以互相替换，客户端的选择更加灵活。
3、实现方式不同： 在状态模式中，通常每个状态都是通过一个类来实现的，状态之间的转换由对象内部控制。在策略模式中，每个策略都是通过一个类实现的，但策略的选择由客户端控制，不同的策略之间相互独立，易于切换。
解释Java中观察者模式和发布-订阅模式的区别。
观察者模式和发布-订阅模式都是行为设计模式，用于对象间的通信，但它们在实现和应用上有所区别：
1、通信机制不同： 观察者模式中，观察者直接接收来自被观察者的通知，即直接通信。而发布-订阅模式引入了一个消息代理（或事件总线），发布者与订阅者之间不直接通信，通过代理进行间接通信。
2、耦合度不同： 观察者模式中，被观察者需要维护一个观察者列表，存在一定的耦合度。发布-订阅模式通过消息代理降低了发布者和订阅者之间的耦合度，提高了系统的灵活性和可扩展性。
3、应用场景不同： 观察者模式适合于观察者数量较少且明确的场景，适用于实现对象间一对多的依赖关系。发布-订阅模式适用于大规模的异步处理和事件驱动的架构，如消息队列系统，事件驱动的微服务架构等。
单例模式在Java中的应用及其注意事项是什么？
单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在Java中，单例模式的应用非常广泛，如在配置管理、连接池、线程池等场景。实现单例模式时的注意事项包括：
1、线程安全： 在多线程环境下，确保单例的唯一性需采取线程安全措施。常用的线程安全实现方式有双重检查锁定、静态内部类和枚举实现。
2、延迟加载： 单例的实例不总是在应用启动时就需要创建，可以通过延迟加载（懒汉式）来优化资源利用率，但需要考虑线程安全问题。