在JDK中，你能想到哪些设计模式的实际应用？

八股文_设计模式面试题 0 8

参考回答

在JDK中，有许多设计模式的实际应用。以下是一些典型的设计模式应用实例：

单例模式（Singleton）：
- java.lang.Runtime：Runtime类用于与Java运行时环境进行交互，采用单例模式，确保JVM中只有一个Runtime实例。通过getRuntime()方法获取该实例。
工厂方法模式（Factory Method）：
- java.util.Calendar：Calendar类使用工厂方法模式来根据不同的地区和时区返回相应的Calendar实例。可以使用getInstance()方法来获取一个Calendar对象。
抽象工厂模式（Abstract Factory）：
- javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory：在解析XML时，DocumentBuilderFactory提供了一个抽象工厂，用于创建不同的DocumentBuilder实例，客户端无需关心具体实现。
适配器模式（Adapter）：
- java.util.Arrays#asList()：将数组转换成一个List，通过适配器模式让数组和List类型兼容。
代理模式（Proxy）：
- java.lang.reflect.Proxy：Proxy类是Java中的动态代理工具类，可以在运行时创建实现指定接口的代理类，常用于AOP（面向切面编程）。
观察者模式（Observer）：
- java.util.Observer和java.util.Observable：这两个类实现了观察者模式，Observable对象维护着一组观察者，当Observable对象的状态发生变化时，所有注册的Observer都会收到通知。
装饰器模式（Decorator）：
- java.io.BufferedReader和java.io.InputStreamReader：BufferedReader和InputStreamReader是经典的装饰器模式应用。它们通过装饰现有的输入流对象，提供增强的功能，如缓冲和字符编码转换。
策略模式（Strategy）：
- java.util.Comparator：Comparator接口采用策略模式，通过不同的比较策略来对集合中的元素进行排序。客户端可以根据需要提供不同的比较实现。
命令模式（Command）：
- javax.swing.Action：在Swing中，Action接口通过命令模式封装用户的输入操作，将具体的命令（如按钮点击）和执行操作解耦。

详细讲解与拓展

1. 单例模式（Singleton）

在JDK中，Runtime类通过单例模式确保只有一个实例。getRuntime()方法返回唯一的Runtime实例，负责与Java虚拟机进行交互。

public class SingletonExample {
    private static Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

    public static Runtime getRuntime() {
        return runtime;
    }
}

使用单例模式的原因是Runtime对象在JVM生命周期内只需要一个实例，多个实例可能会引发资源浪费或状态冲突。

2. 工厂方法模式（Factory Method）

Calendar类采用了工厂方法模式，使得用户无需关心不同地区和时区的具体实现，只需通过getInstance()方法获取所需的Calendar对象。

Calendar calendar = Calendar.getInstance();

在背后，getInstance()方法根据用户的地区和时区来决定返回哪种类型的Calendar对象。

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

DocumentBuilderFactory是一个抽象工厂模式的典型示例，提供了一个工厂方法newDocumentBuilder()来创建具体的DocumentBuilder对象。

DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();

该模式的好处是抽象出XML解析的具体实现，使得代码与具体的解析库解耦。

4. 适配器模式（Adapter）

Arrays.asList()方法将数组适配为List对象，从而使得数组与List类型兼容，客户端可以像操作List一样操作数组。

String[] array = {"apple", "banana", "cherry"};
List<String> list = Arrays.asList(array);

这里，Arrays.asList()实际上是将数组包装成一个List对象，提供数组与List之间的适配功能。

5. 代理模式（Proxy）

java.lang.reflect.Proxy类是Java中的动态代理工具，允许在运行时生成实现指定接口的代理类，并在代理类中执行一些附加操作。常见的应用场景是在AOP（面向切面编程）中拦截方法调用。

MyInterface proxy = (MyInterface) Proxy.newProxyInstance(
    MyInterface.class.getClassLoader(),
    new Class[] { MyInterface.class },
    new MyInvocationHandler()
);

Proxy类生成一个代理对象，并通过InvocationHandler来实现方法拦截，从而灵活地为方法调用添加额外行为。

6. 观察者模式（Observer）

Observable类和Observer接口是Java实现观察者模式的经典例子。Observable对象维护一个观察者列表，当状态变化时，它会通知所有注册的观察者。

Observable observable = new Observable();
Observer observer = new Observer() {
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println("State changed");
    }
};
observable.addObserver(observer);
observable.setChanged();
observable.notifyObservers();

这种模式适用于需要在某些事件发生时通知多个对象的场景，如GUI事件监听、状态变化等。

7. 装饰器模式（Decorator）

BufferedReader和InputStreamReader是典型的装饰器模式应用。BufferedReader为输入流提供缓冲功能，而InputStreamReader则为字节流提供字符流的转换。

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));

通过装饰器模式，可以在不改变原始对象的情况下，增强功能或改变行为。

8. 策略模式（Strategy）

Comparator接口使用策略模式来支持不同的排序策略。你可以实现不同的比较器，来指定不同的排序规则。

List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5);
Collections.sort(numbers, new Comparator<Integer>() {
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1 - o2; // 排升序
    }
});

通过使用不同的Comparator实现，可以轻松改变排序策略，符合策略模式的思想。

9. 命令模式（Command）

Action接口在Swing中用于封装用户操作，例如按钮点击事件。Action对象可以绑定到按钮，执行与按钮相关的操作。

Action action = new AbstractAction("Click me") {
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        System.out.println("Button clicked!");
    }
};

通过命令模式，可以将用户操作与实际的执行逻辑分离，从而使代码更加清晰和可维护。

总结

在JDK中，许多核心类库和API都使用了设计模式，帮助开发者构建更加灵活、可扩展的系统。理解这些设计模式的实际应用可以让我们在使用JDK时更加得心应手，并且能在自己的项目中高效地解决常见的设计问题。