软考高级系统架构师之设计模式篇

设计模式是软件设计中常见问题的典型解决方案，可以理解为编程界的“武功秘籍”。GoF（四人组）提出的23种设计模式，按目的可分为三大类：

• 创建型模式（5种） ：解决“对象怎么创建”的问题，将对象的创建与使用分离。
• 结构型模式（7种） ：解决“类或对象如何组成更大结构”的问题。
• 行为型模式（11种） ：解决“对象之间如何交互、职责如何分配”的问题。

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一、创建型模式（5种）

1. 单例模式（Singleton）

通俗理解：一个类全局只有一个实例，像餐厅里只有一个消毒柜，所有人共用。

Spring Boot应用：Spring容器中的Bean默认就是单例的，整个应用上下文共享同一个实例。

@Service // 默认单例，全局只有一个实例
public class UserService {
public void doSomething() { ... }
}

2. 工厂模式（Factory Method）

通俗理解：把对象的创建交给“工厂”统一管理，像奶茶店根据订单生产不同口味的饮品，你不用管原料怎么来。

Spring Boot应用：BeanFactory和ApplicationContext就是典型的工厂，负责创建和管理Bean。

@Autowired
private ApplicationContext context;

public void test() {
// 工厂根据类型创建Bean
UserService service = context.getBean(UserService.class);
}

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

通俗理解：工厂的工厂——当你要生产“整套产品”（比如一套北欧风家具：沙发+桌子+椅子），用一个工厂族来统一生产。

Spring Boot应用：Spring的@Configuration类可以看作抽象工厂，通过@Bean方法生产一系列相关对象。

@Configuration
public class AppConfig {
@Bean
public DataSource dataSource() { ... }

@Bean
public JdbcTemplate jdbcTemplate(DataSource ds) {
return new JdbcTemplate(ds);
}
}

4. 建造者模式（Builder）

通俗理解：像组装电脑——你可以一步步选择CPU、内存、硬盘，最后得到一台定制好的电脑，而不是一次性把所有参数塞进构造函数。

Spring Boot应用：RestTemplateBuilder、SecurityBuilder等，通过链式调用一步步构建复杂对象。

RestTemplate restTemplate = new RestTemplateBuilder()
.setConnectTimeout(Duration.ofSeconds(5))
.setReadTimeout(Duration.ofSeconds(10))
.build();

5. 原型模式（Prototype）

通俗理解：像复印机——有了一个原型文档，直接复印出副本，不用重新写一遍。

Spring Boot应用：将Bean的作用域设为prototype，每次获取都创建一个新实例。

@Scope("prototype") // 每次获取都创建新实例
@Component
public class PrototypeBean { ... }

二、结构型模式（7种）

6. 适配器模式（Adapter）

通俗理解：像手机转接头，把USB-C转成Lightning，让不兼容的接口能一起工作。

Spring Boot应用：HandlerAdapter将不同类型的Controller（@Controller、HttpRequestHandler等）适配成统一的处理接口。

// Spring MVC中，不同的Controller被适配成统一的处理方式
public class RequestMappingHandlerAdapter implements HandlerAdapter {
// 将@Controller方法适配成标准处理器
}

7. 代理模式（Proxy）

通俗理解：像明星的经纪人——你要找明星演出，得先经过经纪人，经纪人可以在中间加各种“增强”操作（签合同、收钱）。

Spring Boot应用：AOP（面向切面编程）就是通过代理模式实现的，在方法执行前后增强行为。

@Aspect
@Component
public class LogAspect {
@Around("execution(* com.example.service.*.*(..))")
public Object log(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
System.out.println("方法执行前记录日志…");
Object result = pjp.proceed(); // 调用原方法
System.out.println("方法执行后记录日志…");
return result;
}
}

8. 装饰器模式（Decorator）

通俗理解：像给蛋糕加料——先有一个基础蛋糕，然后一层层加上奶油、水果、巧克力，每加一层都是“装饰”，但最终还是个蛋糕。

Spring Boot应用：Spring的HttpServletRequestWrapper可以对请求进行装饰增强；Spring Cloud的Feign客户端也可以通过装饰添加熔断、重试等功能。

9. 外观模式（Facade）

通俗理解：像餐厅的“服务员”——你不需要知道后厨怎么运作，只需要告诉服务员要点什么菜，他帮你搞定一切。

Spring Boot应用：JdbcTemplate就是外观模式，它封装了获取连接、处理异常、释放资源等复杂操作，开发者只需写SQL。

// 开发者只需要关心SQL，其他复杂操作都被JdbcTemplate封装了
jdbcTemplate.query("SELECT * FROM users", (rs, rowNum) ->
new User(rs.getString("name"))
);

10. 桥接模式（Bridge）

通俗理解：像遥控器和电视——遥控器（抽象）和电视（实现）可以独立变化，换遥控器不影响电视，换电视也不影响遥控器。

Spring Boot应用：Spring的PlatformTransactionManager接口有多个实现（DataSourceTransactionManager、JpaTransactionManager等），将事务管理与具体数据源实现解耦。

11. 组合模式（Composite）

通俗理解：像文件夹和文件——文件夹里可以放文件，也可以放子文件夹，你可以把整个目录结构当作一个整体来操作。

Spring Boot应用：Spring的CompositeCacheManager可以组合多个缓存管理器，对外表现为一个统一的缓存管理接口。

12. 享元模式（Flyweight）

通俗理解：像图书馆的书——很多人借同一本书，但书只有一本，大家共享，不需要每人买一本。

Spring Boot应用：Spring容器中的单例Bean本质上就是享元模式——多个地方注入同一个Bean，共享同一个实例，节省内存。

三、行为型模式（11种）

13. 模板方法模式（Template Method）

通俗理解：像做菜的固定流程——都是“热锅→倒油→炒菜→出锅”，但具体炒什么菜由你决定。

Spring Boot应用：JdbcTemplate定义了数据库操作的固定流程（获取连接、执行SQL、处理结果、释放资源），开发者只需实现具体的SQL和结果映射。

// JdbcTemplate定义了模板流程，开发者只需提供SQL和映射逻辑
jdbcTemplate.query("SELECT * FROM emp", (rs, rowNum) ->
new Employee(rs.getInt("id"), rs.getString("name"))
);

14. 策略模式（Strategy）

通俗理解：像出行方式——去同一个地方，可以坐公交、打车、骑自行车，算法不同但结果一样，你可以随时切换。

Spring Boot应用：通过Map注入或@Qualifier实现策略的动态选择。

// 定义策略接口
public interface PaymentStrategy {
void pay(int amount);
}

// 多个策略实现
@Component("alipay")
public class AlipayStrategy implements PaymentStrategy { ... }

@Component("wechat")
public class WechatStrategy implements PaymentStrategy { ... }

// 使用时动态选择
@Autowired
private Map<String, PaymentStrategy> strategies;

public void pay(String type, int amount) {
strategies.get(type).pay(amount);
}

15. 观察者模式（Observer）

通俗理解：像微信群通知——群主发一条消息，所有群成员自动收到。

Spring Boot应用：Spring的事件监听机制就是观察者模式。

// 定义事件
public class OrderEvent extends ApplicationEvent {
public OrderEvent(Object source) { super(source); }
}

// 监听事件
@Component
public class OrderListener implements ApplicationListener<OrderEvent> {
@Override
public void onApplicationEvent(OrderEvent event) {
System.out.println("收到订单事件，发送通知…");
}
}

// 发布事件
applicationContext.publishEvent(new OrderEvent("订单创建"));

16. 责任链模式（Chain of Responsibility）

通俗理解：像公司审批流程——请假1天组长批，3天经理批，7天老板批，请求沿着链条传递，直到有人处理。

Spring Boot应用：Spring Security的过滤器链就是责任链模式；也可以用来处理订单流程。

// 定义处理器接口
public interface OrderHandler {
void setNext(OrderHandler next);
void handle(Order order);
}

// 多个处理器组成链：校验→扣库存→生成订单→发送通知

17. 命令模式（Command）

通俗理解：像餐厅的点菜单——顾客点菜写在单子上，厨师按单子做菜，下单的人（顾客）和执行的人（厨师）互不干扰。

Spring Boot应用：Spring的TaskExecutor将任务提交与执行解耦；Jdbc的BatchUpdate也是命令模式的应用。

18. 状态模式（State）

通俗理解：像水的变化——0度以下是冰，0-100度是水，100度以上是水蒸气，同一个对象在不同状态下行为不同。

Spring Boot应用：订单状态管理（待支付→已支付→已发货→已完成），每个状态对应不同的行为逻辑。

19. 中介者模式（Mediator）

通俗理解：像机场塔台——飞机之间不直接沟通，都通过塔台协调，避免混乱。

Spring Boot应用：Spring MVC的DispatcherServlet就是中介者，它接收所有请求，分发给对应的Controller处理。

20. 迭代器模式（Iterator）

通俗理解：像电视遥控器的“下一集”按钮——你不用关心电视剧存在哪里、怎么存的，按一下就能拿到下一个。

Spring Boot应用：Java集合框架的Iterator就是标准实现；Spring Data的Pageable和Slice也提供了分页迭代的能力。

21. 访问者模式（Visitor）

通俗理解：像收银台——超市里商品种类很多（书、食品、电器），但收银员（访问者）可以统一处理每种商品的结算，新增商品类型时不需要改收银逻辑。

Spring Boot应用：较少直接使用，但在AST语法树解析、文件遍历等场景中有应用。

22. 备忘录模式（Memento）

通俗理解：像游戏存档——打Boss前存个档，打输了可以读档重来。

Spring Boot应用：Spring Web Flow中的状态保存；@SessionAttributes也可以看作一种备忘录。

23. 解释器模式（Interpreter）

通俗理解：像翻译官——把一种语言（表达式）翻译成另一种语言（可执行的指令）。

Spring Boot应用：Spring的SpEL（Spring Expression Language）表达式解析就是解释器模式的应用。

// SpEL解析表达式
ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
Expression exp = parser.parseExpression("'Hello ' + 'World'");
String message = (String) exp.getValue(); // "Hello World"

总结

提示：如果想深入学习，可以参考一些开源项目，如Gitee上的SpringBoot-DesignMode项目，它用Spring Boot实现了全部23种设计模式的Demo案例。