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【Java】常用设计模式及应用场景详解

【Java】常用设计模式及应用场景详解
📅 发布时间：2026/6/19 21:30:55

设计模式分为三大类：创建型（5种）、结构型（7种）、行为型（11种），以下是 Java 开发中最核心、高频使用的模式及真实场景

一、创建型模式（Creational Patterns）

模式核心目的Java/框架中的应用场景
单例模式确保类仅有一个实例，全局访问1.Spring Bean 默认作用域（singleton）
2.Runtime.getRuntime()获取 JVM 运行时
3.数据库连接池（如 HikariCP 的池管理器）
工厂模式
（简单工厂/工厂方法/抽象工厂）		封装对象创建逻辑，解耦调用者与实现1.Calendar.getInstance()创建日历对象
2.JDBC DriverManager获取数据库连接
3.Spring BeanFactory创建和管理 Bean
建造者模式分步构建复杂对象，链式调用1.StringBuilder.append()构建字符串
2.Spring Security User.withDefaultPasswordEncoder()
3.Lombok @Builder自动生成建造者
原型模式通过克隆创建对象，避免重复初始化1.Object.clone()方法
2.JDK ArrayList的clone()实现
3.Spring Bean 的 prototype 作用域

二、结构型模式（Structural Patterns）

2.1 高频核心模式

模式核心目的Java/框架中的应用场景
代理模式为对象提供代理，控制访问或增强功能1.Spring AOP动态代理（JDK 动态代理/CGLIB）
2.MyBatis Mapper 接口的代理实现
3.RMI 远程代理实现跨 JVM 调用
装饰器模式动态为对象添加职责，透明扩展1.Java IO 流（BufferedInputStream装饰FileInputStream）
2.Spring Cache 装饰器增强方法缓存
3.Servlet Filter 链装饰 HTTP 请求处理
适配器模式转换接口，使不兼容类协同工作1.Arrays.asList()将数组适配为 List
2.Spring MVC HandlerAdapter适配不同 Controller
3.JPA 的 JpaVendorAdapter适配不同数据库
外观模式为子系统提供统一入口，简化调用1.Spring JdbcTemplate封装 JDBC 复杂操作
2.SLF4J 门面统一日志框架（Logback/Log4j）
3.Tomcat RequestFacade封装 ServletRequest

2.2 中等频率模式

模式核心目的Java/框架中的应用场景
组合模式树形结构，统一处理单个对象和组合对象1.Java Swing GUI 组件（Container 包含 Component）
2.JSF UIComponent 树
3.组织结构树（员工与部门统一接口）
桥接模式分离抽象与实现，独立扩展1.JDBC 驱动桥接（Driver 桥接不同数据库协议）
2.Spring 的桥接模式在 Bean 定义与实现间
3.AWT 的 Peer 架构（跨平台 GUI）
享元模式共享细粒度对象，节省内存1.String 字符串常量池（如"abc"复用）
2.Integer.valueOf()缓存 -128~127 对象
3.数据库连接池复用连接对象

三、行为型模式（Behavioral Patterns）

3.1 高频核心模式

模式核心目的Java/框架中的应用场景
策略模式封装算法族，运行时动态切换1.Spring Resource 策略加载（classpath/file/url）
2.Collections.sort()传入 Comparator 策略
3.支付系统支持微信/支付宝/银联多策略
观察者模式发布-订阅，一对多依赖通知1.Java EventListener（如 ServletContextListener）
2.Spring ApplicationEvent事件驱动（如 ContextRefreshedEvent）
3.Guava EventBus组件解耦
模板方法模式定义算法骨架，子类实现细节1.Spring JdbcTemplate执行流程模板
2.HttpServlet的service()模板方法（doGet/doPost）
3.AbstractApplicationContext的 refresh() 模板
责任链模式链式传递请求，松散耦合1.Servlet Filter 链（认证→日志→鉴权）
2.Spring Security FilterChain安全过滤
3.Netty ChannelPipeline责任链处理 IO 事件
迭代器模式顺序访问聚合对象元素1.Java Iterator/Iterable接口（ArrayList.iterator()）
2.MyBatis Cursor游标迭代大数据
3.Guava FluentIterable增强迭代
命令模式封装请求为对象，支持撤销/队列1.Runnable/Callable封装任务
2.Spring JmsTemplate发送消息命令
3.撤销/重做功能（编辑器历史栈）
状态模式对象行为随状态改变而改变1.线程 Thread.State枚举（NEW/RUNNABLE/BLOCKED）
2.订单状态机（待支付→已支付→已发货）
3.Game 角色状态（正常/眩晕/冰冻）

3.2 中等频率模式

模式核心目的Java/框架中的应用场景
备忘录模式保存对象状态，支持恢复1.Serializable 序列化保存对象状态
2.Git 版本控制保存代码历史
3.游戏存档/读档
中介者模式封装对象交互，降低耦合1.Java Concurrency Executor协调线程
2.Spring MVC DispatcherServlet协调 Controller/View
3.消息队列中间件解耦服务
访问者模式分离操作与对象结构1.Java AnnotationValueVisitor注解处理
2.编译器 AST 遍历
3.报表导出（同一数据导出 CSV/PDF/Excel）
解释器模式定义语法规则，解释执行1.Java 正则表达式 Pattern
2.Spring SpEL 表达式（#{...}）
3.SQL 解析器（如 Druid SQL Parser）

四、设计模式在主流框架中的体现

Spring Framework

// 单例模式：Bean 默认作用域@Component// 默认 singletonpublicclassUserService{...}// 工厂模式：BeanFactory 创建 BeanApplicationContextctx=newAnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);UserServiceservice=ctx.getBean(UserService.class);// 代理模式：AOP 动态代理@AspectpublicclassLogAspect{@Around("execution(* com.example.*.*(..))")publicObjectlog(ProceedingJoinPointpjp){...}}// 模板方法：JdbcTemplatejdbcTemplate.query("SELECT * FROM users",(rs,rowNum)->newUser(rs));

MyBatis

// 代理模式：Mapper 接口代理publicinterfaceUserMapper{@Select("SELECT * FROM users WHERE id = #{id}")UserselectById(Longid);}// MyBatis 自动生成代理实现类// 建造者模式：SqlSessionFactoryBuilderSqlSessionFactoryfactory=newSqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);

JDK 核心库

// 装饰器模式：IO 流InputStreamis=newBufferedInputStream(newFileInputStream("file.txt"));// 迭代器模式：集合遍历List<String>list=newArrayList<>();Iterator<String>it=list.iterator();// 单例模式：RuntimeRuntimeruntime=Runtime.getRuntime();runtime.exec("ls -l");

五、选型决策指南

场景需求推荐模式避免场景
全局共享资源单例模式频繁创建销毁
对象创建复杂建造者/工厂模式在业务代码硬编码 new
需要动态扩展功能装饰器/代理模式继承层级过深
处理流程固定，步骤可变模板方法模式重复代码
多策略切换策略模式if-else 地狱
组件解耦/事件驱动观察者/中介者模式直接依赖调用
树形结构管理组合模式递归处理复杂
跨接口兼容适配器模式修改原有代码

黄金法则：优先使用创建型模式解耦对象创建，用结构型模式优化代码组织，用行为型模式提升扩展性。在框架开发中多使用代理/装饰器，业务开发中多使用策略/模板方法。