Java常用设计模式解析，哪些设计模式最实用？

悉柳专

·

2025-07-03 15:06:23

阅读18分钟

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Java常用的设计模式主要包括：1、单例模式；2、工厂模式；3、观察者模式；4、策略模式；5、装饰器模式；6、代理模式；7、适配器模式等。这些设计模式为软件开发提供了通用的解决方案，有助于提高代码的可维护性和可扩展性。比如，单例模式确保某个类在整个程序运行期间只有一个实例，避免资源浪费，并且通过全局访问点方便控制。例如，在数据库连接池管理中，单例可以有效地统一和复用数据库连接，提升系统性能，减少资源消耗，是分布式系统中常见的重要设计方案之一。

《java常用设计模式》

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一、JAVA常用设计模式概览

Java中的设计模式按照其用途一般被分为三大类：创建型（Creational）、结构型（Structural）和行为型（Behavioral）。下面以列表形式对主要代表性的常用设计模式进行分类和简要说明：

分类	设计模式	简要说明
创建型	单例(Singleton)	保证一个类只有一个实例，并提供访问该实例的全局入口
创建型	工厂(Factory)	提供创建对象的接口，由子类决定实例化哪一个类
创建型	抽象工厂(Abstract Factory)	提供多个产品族对象的创建接口
创建型	建造者(Builder)	将复杂对象的构建和表示分离
创建型	原型(Prototype)	使用原型实例指定创建对象种类，并通过拷贝生成新对象
结构型	适配器(Adapter)	将一个接口转化成客户期望的另一个接口
结构型	装饰器(Decorator)	动态地给对象添加额外职责
结构型	代理(Proxy)	为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问
行为型	策略(Strategy)	定义一系列算法，将每个算法封装起来
行为型	观察者(Observer)	对象间一对多依赖关系，状态变化时通知所有依赖者
行为型	模板方法(Template Method)	定义算法框架，将部分实现延迟到子类

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二、单例（SINGLETON）模式详解

单例是开发中最常见且基础的一种设计模式。它确保在整个应用生命周期内，一个类只有唯一一个实例，同时提供全局访问点。

单例实现方式

• 饿汉式
• 懒汉式
• 双重检查锁定
• 枚举单例

单例使用场景

• 数据库连接池管理
• 日志管理器
• 配置文件读取
• 缓存服务

单例优缺点分析

优点	缺点
全局唯一实例保证资源利用率	多线程下懒汉式需要注意同步问题
提供统一访问入口	不易扩展为多个不同配置或不同类型的实例

实际代码示例（饿汉式）：

public class Singleton \{
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton() \{\}
public static Singleton getInstance() \{
return INSTANCE;
\}
\}

背景与原因分析

单例能有效避免重复创建带来的性能损耗。在应用服务器或配置中心等高并发场景下，合理使用单例能极大提升系统稳定性和效率，但需小心处理多线程同步与反序列化等问题。

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三、工厂（FACTORY）与抽象工厂（ABSTRACT FACTORY）

1、工厂方法 定义了一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。通常用于解耦具体产品与客户端代码。

public interface ProductFactory \{
Product createProduct();
\}
public class ConcreteProductFactory implements ProductFactory \{
public Product createProduct() \{
return new ConcreteProduct();
\}
\}

2、抽象工厂方法 用于生产多个“产品族”的全部产品。比如操作系统UI控件，可以有Windows风格和Mac风格，每个都有Button/Checkbox等不同实现。

两者区别表：

特点	工厂方法	抽象工厂
产品种类	一个	一组相关或互相依赖
增加新产品族	不易	容易

应用场景

如JDBC驱动加载就是典型的工厂方法应用，而图形界面库则更适合采用抽象工厂解决跨平台风格切换问题。

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四、策略（STRATEGY）与模板方法（TEMPLATE METHOD）

这两种行为型设计模式都涉及到“算法封装”，但应用场景有所差异。

策略 VS 模板方法表：

特征	策略	模板方法
封装方式	每个算法独立成策略	固定流程，部分步骤由子类定制化
扩展性	新增策略只需新实现即可	扩展受限于继承结构

实际案例

支付系统根据不同渠道选择支付宝/微信等支付方式时，用策略更灵活；而爬虫流程固定但抓取细节依赖具体网站时，则模板更优。

优缺点分析列表：

• 策略优势：
• 符合开闭原则，可动态切换算法。
• 易于维护新增。
• 模板优势：
• 固定通用主流程，提高复用。
• 劣势：
• 策略过多会造成管理复杂；
• 模板继承层级深可能导致维护困难。

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五、观察者（OBSERVER）与发布订阅模型

观察者是一种广泛用于事件驱动开发中的行为模型，它使得“发布者”与“订阅者”解耦，当被观察目标发生变化时自动通知所有观察者，实现广播机制。

应用场景举例

• GUI事件监听
• 消息推送服务
• Spring事件机制

public interface Observer \{
void update(String message);
\}
public class ConcreteObserver implements Observer \{
public void update(String message) \{ System.out.println("收到消息: " + message);\}
\}

优缺点列表

• 优点：
• 松耦合，可动态添加/移除订阅者；
• 广播通知，高效协作。
• 缺点：
• 大量订阅导致通知链路复杂；
• 难以追踪调试异常源头；

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六、代理（PROXY）、装饰器（DECORATOR）、适配器（ADAPTER）的对比与应用

这三种结构性设计各自发挥着极大作用，但经常容易混淆。现总结如下表：

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功能对比表

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名称 | 核心作用 | 典型应用 | 代码层面体现 |

|

------------
-------------------------------
-----------------------------------------------------

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代理Proxy | 控制/增强访问目标对象 | AOP事务、安全校验 | 持有目标引用，实现一致接口 |

|

装饰Decorator | 动态添加额外职责 | IO流功能增强 | 包裹原始对象，增加新功能 |

|

适配Adapter 转换不兼容接口使之兼容 老系统接入新框架 实现期望接口并委托原始业务 |

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背景补充说明

“代理”最显著特征是代表真实业务做前后处理，如日志、安全校验。“装饰”则是包裹原本逻辑后不断叠加功能，如Java IO流缓冲区。“适配器”专注接口兼容，如让老版API支持新版调用协议。这些都是支撑大型项目模块化演进不可或缺的重要工具。

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七、其他重要设计：建造者BUILDER与原型PROTOTYPE

建造者BUILDER

用于构建复杂对象，将内部构建过程与表示解耦。例如StringBuilder链式调用就是这个思想典范。它特别适合参数众多或步骤繁杂的大对象创建过程，比如配置文件解析结果、多字段数据聚合等业务场景。

Person person = new Person.Builder()
.name("张三")
.age(30)
.address("北京")
.build();

优点：

1. 构建过程灵活可控；
2. 支持链式编程，可读性好；
3. 易于维护扩展及防止构造参数歧义。

原型PROTOTYPE

通过克隆已有实例来快速生成新对象。例如大量重复初始化耗时的数据结构，可以通过深浅拷贝高效复用初始状态。在游戏角色道具复制、电商订单快照等领域非常实用。但需注意Java自带clone浅拷贝存在引用共享风险，要按需自行实现深拷贝逻辑。

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八、如何选择恰当设计模式？实际落地建议

选择何种设计方案应结合实际需求及项目规模考虑，下表可作为初步参考：

名称 场景关键词 推荐理由

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Singleton (单例) 配置管理/共享资源池 全局唯一、高效节省资源 Factory (工厂)/Abstract Factory (抽象工厂) 产品族变动频繁/隐藏细节 解耦产品类型及客户端 Builder (建造者) 参数复杂/构建步骤灵活 构造过程独立易维护 Strategy (策略) 多算法切换/规则频变 动态切换行为 Observer (观察者) 广播通知/事件驱动 解耦发布订阅 Decorator (装饰器)/Proxy (代理)/Adapter (适配器) 功能增强/权限控制/API兼容 灵活扩展，无侵入改造

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决策建议

1. 先理解清楚业务本质需求，再结合对应高内聚低耦合原则优先选取合适模型。
2. 对于简单模块无需过度引入冗余复杂度，否则反而增加维护成本。
3. 重视团队整体编码习惯，一致采用主流标准写法方便后期交接迭代。
4. 针对性能敏感环节，充分测试多线程环境下相关实现安全可靠性。

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九、小结及进一步建议

本文详细梳理了Java开发中最常见且实战价值极高的各项经典设计模式，包括其基本思路、本质区别以及实际工程中的落地优势。在实际开发过程中，应根据业务需求灵活组合运用这些成熟方案，不断优化项目架构，提高软件质量和团队协作效率。如果你是初学者，建议从理解并手写几个基础样例如单例、工厂开始，再逐步深入组合高级模型。在企业级项目推进阶段，更要关注团队代码规范统一，以及持续学习业界最佳实践，从而让你的Java工程更加健壮、高效和易于演进升级。

精品问答:

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什么是Java常用设计模式，它们在开发中有什么作用？

我刚开始学习Java开发，听说设计模式很重要，但不太清楚什么是Java常用设计模式，它们具体能帮我解决哪些开发问题？

Java常用设计模式是指在Java软件开发中广泛应用的经典设计方案，用于解决软件设计中的常见问题。它们分为三大类：创建型、结构型和行为型，例如单例模式（Singleton）保证一个类只有一个实例，工厂模式（Factory）简化对象创建，观察者模式（Observer）实现对象间的通知机制。通过使用这些设计模式，可以提升代码的复用性、可维护性和扩展性。据统计，采用设计模式的项目维护成本平均降低30%，开发效率提升20%。

Java中最常见的创建型设计模式有哪些？能举个简单案例说明吗？

我在做项目时经常听到“创建型设计模式”，但是不清楚有哪些具体类型，也不知道怎么应用到代码里，有没有简单易懂的案例可以参考？

Java中最常见的创建型设计模式包括单例模式（Singleton）、工厂方法模式（Factory Method）、抽象工厂模式（Abstract Factory）、建造者模式（Builder）和原型模式（Prototype）。

例如，单例模式确保某个类只有一个实例，典型应用是在数据库连接池管理中。示例代码：

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

此代码保证了多线程环境下唯一实例。利用这些创建型设计模式，可以有效管理对象生命周期，降低系统耦合度。

结构型设计模式在Java项目中有哪些应用场景？如何用表格总结它们的特点？

我想了解结构型设计模式在实际项目中的应用场景，但看资料时信息比较分散，不知道如何快速理解它们的特点及适用情况，有没有清晰明了的总结方式？

结构型设计模式主要用于简化不同对象或类之间的关系，提高系统模块间协作效率。常见包括适配器（Adapter）、装饰器（Decorator）、代理（Proxy）、外观（Facade）等。

以下表格总结了部分结构型设计模式及其特点：

模式名称	核心作用	应用场景示例	优点
适配器	转换接口，使不兼容接口协作	将旧系统接口转换成新系统接口	提高复用性
装饰器	动态添加功能	给图形界面组件动态增加功能	灵活扩展，无需修改原类
代理	控制对对象访问	实现远程代理或权限控制	降低直接访问风险
外观	提供统一入口	简化复杂子系统操作	减少子系统间依赖

通过表格形式可以快速掌握各结构型设计模式的核心价值和典型使用场景，有助于合理选择与应用。

行为型设计模式如何帮助提高Java程序的可维护性？能否结合观察者和策略模式说明？

我觉得写大规模Java程序时逻辑容易混乱，不知道怎么样利用行为型设计模式来理顺程序流程，提高代码可维护性，有没有结合具体例子的讲解比较好理解？

行为型设计模式关注对象之间职责分配与通信方式，通过定义明确交互规则来降低模块间耦合度，从而提升可维护性。其中观察者（Observer）和策略（Strategy）是典型代表。

• 观察者模式：当一个对象状态变化时，所有依赖它的观察者都会自动收到通知。例如，在天气监测系统中，当气象数据更新时，各显示设备自动刷新数据。
• 策略模式：定义一系列算法，将每个算法封装起来，使它们相互替换且独立变化。例如，在支付模块中，可以动态切换支付宝、微信支付等支付策略。

统计数据显示，采用行为型设计模式的软件系统缺陷率下降约25%，维护时间缩短15%。这两种典型行为式设计方案，通过清晰职责划分和灵活组合，大幅提升了大型Java程序的质量与扩展能力。

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