31 道设计模式面试题，助你在技术面试中取得成功!

1. 什么是单例模式（Singleton Pattern）？如何在 Java 中实现线程安全的单例模式？

答：单例模式确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。可以通过懒加载和饿汉式来实现线程安全的单例模式。懒加载通过双重检查锁机制(Double-Checked Locking)或者静态内部类实现；而饿汉式则是在类加载时就创建实例。

public class Singleton {

private static volatile Singleton instance;

private Singleton() {}

public static Singleton getInstance() {

if (instance == null) {

synchronized (Singleton.class) {

if (instance == null)

instance = new Singleton();

}

}

return instance;

}

}

2. 解释工厂方法模式（Factory Method Pattern）并给出一个 Java 实现的例子。

答：工厂方法模式定义了一个用于创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。这使得一个类的实例化延迟到其子类。

abstract class Creator {

abstract Product factoryMethod();

public void anOperation() { /* ... */ }

}

class ConcreteCreator extends Creator {

public Product factoryMethod() {

return new ConcreteProduct();

}

}

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）与工厂方法模式的区别是什么？

答：抽象工厂模式提供了创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。与工厂方法模式不同，它关注的是对象家族，而不是单一对象。

4. 为什么使用建造者模式（Builder Pattern），而不是直接使用构造函数？

答：当需要构建复杂对象时，建造者模式可以避免大量参数的构造函数。它允许分步骤构建对象，每个步骤只添加必要的信息。

5. 原型模式（Prototype Pattern）的主要优点是什么？

答：主要优点是可以减少子类化的需求，通过复制已有对象快速生成新对象，同时避免复杂的初始化过程。

6. 适配器模式（Adapter Pattern）有什么作用？

答：适配器模式允许不兼容的接口协同工作。它转换一个类的接口为另一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。

7. 桥接模式（Bridge Pattern）的主要目的是什么？

答： 桥接模式将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立变化。主要用于解耦高层组件和低层实现。

8. 装饰模式（Decorator Pattern）如何动态地向对象添加职责？

答：装饰模式通过将对象封装在另一对象中，即装饰者中，来动态添加行为。它遵循组合优于继承的原则。

9. 组合模式（Composite Pattern）适用于什么样的场景？

答：组合模式适用于树形结构，它允许客户端以统一的方式处理单个对象和对象组合。适用于文件系统、菜单等层级结构。

10. 外观模式（Facade Pattern）的作用是什么？答：外观模式提供了一个简化接口，隐藏了系统的复杂性。它通常用于为一组子系统提供一个一致的接口，从而简化客户端代码。

11. 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）的主要应用场景是什么？

答：责任链模式适用于需要对请求进行多级处理的场景。它将请求从一个处理者传递到下一个处理者，直到有一个处理者能够处理该请求。这样可以避免请求发送者与接收者之间的耦合。

abstract class Handler {

private Handler successor;

public void setSuccessor(Handler successor) {

this.successor = successor;

}

protected Handler getSuccessor() {

return successor;

}

public abstract void handleRequest(Request request);

}

class ConcreteHandler1 extends Handler {

public void handleRequest(Request request) {

if (request.getType() == RequestType.TYPE1) {

// Handle request

} else if (getSuccessor() != null) {

getSuccessor().handleRequest(request);

}

}

}

12. 命令模式（Command Pattern）如何支持撤销操作？

答： 在命令模式中，每个命令对象都封装了一个动作和它的参数。通过实现一个undo方法，可以很容易地添加撤销功能，使命令对象在执行后能够恢复原状。

13. 解释器模式（Interpreter Pattern）适合什么样的问题？

答： 解释器模式适用于构建语言解析器或表达式求值器，当有频繁使用的特定类型的问题时，可以定义一个简单的语言来描述这些问题，然后使用解释器模式来解析并执行这些描述。

14. 迭代器模式（Iterator Pattern）有什么好处？

答：迭代器模式提供了遍历集合元素的方法，而无需暴露集合内部结构。这增加了代码的灵活性和可维护性，同时也提高了数据结构的安全性，因为外部代码不能直接访问内部数据。

15. 中介者模式（Mediator Pattern）的主要目的是什么？

答：中介者模式用于减少类间的相互依赖，通过引入一个中介者对象来协调多个组件之间的交互，使得组件之间不再直接通信，而是通过中介者间接通信。

16. 备忘录模式（Memento Pattern）如何帮助对象恢复到之前的状态？

答：备忘录模式允许在不破坏封装的前提下保存和恢复对象的内部状态。它通常由发起人创建一个备忘录对象，其中包含要保存的状态信息，然后可以通过这个备忘录对象来恢复对象的状态。

17. 观察者模式（Observer Pattern）的主要用途是什么？

答： 观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象改变状态时，则所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。常用于事件驱动系统、GUI设计等。

18. 状态模式（State Pattern）如何解决状态转换问题？

答： 状态模式允许对象在其内部状态变化时改变其行为。它将状态抽象为类，每个状态都有自己的行为逻辑，从而简化了状态转换的管理。

19. 策略模式（Strategy Pattern）解决了哪类问题？

答：策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互相替换。它让算法独立于使用它的客户端而变化，从而提高了灵活性和可维护性。

20. 模板方法模式（Template Method Pattern）是如何工作的？

答：模板方法模式在一个方法中定义了一个算法框架，但将某些步骤延迟到子类中实现。这使得子类可以在不改变算法结构的情况下重定义算法的某些部分。

21. 访问者模式（Visitor Pattern）的主要优点是什么？

答：访问者模式允许你定义一个新的操作而不改变类的接口。它可以方便地向现有类层次结构中添加新的操作，同时保持开放-封闭原则。

22. 命令模式（Command Pattern） 在GUI应用程序中如何使用？

答：在图形用户界面（GUI）应用程序中，命令模式常用于实现菜单项、按钮等UI组件的动作。每个动作都被封装成一个命令对象，当用户点击按钮或选择菜单项时，对应的命令对象被创建并执行。这种方式有助于解耦UI逻辑和业务逻辑，使得代码更容易维护和扩展。

interface Command {

void execute();

}

class SaveDocumentCommand implements Command {

private Document document;

public SaveDocumentCommand(Document doc) {

this.document = doc;

}

@Override

public void execute() {

document.save();

}

}

23. 观察者模式（Observer Pattern） 可能导致哪些性能问题？如何解决？

答：当观察者数量非常多或者通知机制过于频繁时，可能会导致性能瓶颈。为了缓解这些问题，可以考虑以下几种方法：

（1）批量更新：不是每次状态变化都立即通知所有观察者，而是累积一定量的变化后一次性通知。

（2）异步通知：通过线程池或者其他异步机制来处理通知，避免阻塞主线程。

（3）过滤器：为观察者添加过滤条件，只通知感兴趣的事件，减少不必要的通知次数。

24. 为什么说“封装变化点”是设计模式的一个核心原则？

答：封装变化点意味着识别出程序中可能发生变化的部分，并将其与不变的部分隔离开来。这样做的好处是，当需求改变时，只需要修改或扩展那些封装了变化点的模块，而不需要改动整个系统的其他部分。这不仅提高了代码的可维护性，也降低了引入新错误的风险。

25. 请解释开放封闭原则及其重要性?

答：开放封闭原则指出软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。这意味着我们应该尽量在不修改现有代码的基础上增加新功能。遵循这一原则可以提高代码的稳定性和复用性，同时也减少了因为修改带来的风险。

26. 组合优于继承的具体表现是什么？

答：继承虽然能够实现代码重用，但也会带来紧耦合的问题，即子类依赖于父类的具体实现。相比之下，组合允许我们将多个独立的对象组合在一起，以达到同样的效果，同时保持较低的耦合度。此外，组合还提供了更大的灵活性，因为可以在运行时动态地改变行为，而继承只能在编译时确定。

27. 在什么情况下你会选择将组合模式（Composite Pattern）和访问者模式（Visitor Pattern）结合起来使用？请给出一个具体的例子。

答：当你需要在一个复杂的对象结构上执行多种操作，并且这些操作与对象结构本身无关时，可以考虑将组合模式和访问者模式结合起来。例如，在文件系统中，文件夹（Folder）和文件（File）都可以看作是节点，它们共同组成了树形结构。我们可以使用组合模式来表示这种层次结构，而访问者模式则用于定义不同的操作（如计算总大小、查找特定类型的文件等），这些操作可以遍历整个结构而不改变节点类。

interface FileSystemElement {

void accept(FileSystemVisitor visitor);

}

class File implements FileSystemElement {

private String name;

private int size;

// ... constructors and other methods ...

@Override

public void accept(FileSystemVisitor visitor) {

visitor.visit(this);

}

}

class Folder implements FileSystemElement {

private List<FileSystemElement> children = new ArrayList<>();

// ... constructors and other methods ...

@Override

public void accept(FileSystemVisitor visitor) {

visitor.visit(this);

for (FileSystemElement child : children) {

child.accept(visitor);

}

}

}

28. 如何有效地管理状态模式（State Pattern）中的状态转换逻辑，以避免出现混乱或难以维护的情况？

答：为了有效管理状态转换，可以采用状态机的概念，通过表格或者枚举类型明确地定义所有可能的状态以及从一种状态到另一种状态的转换条件。此外，还可以引入工厂方法或策略模式来动态创建状态实例，这样即使增加了新的状态也不会影响现有代码。对于更复杂的情况，考虑使用依赖注入框架来管理状态对象的生命周期。

29. 在使用责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）时，当责任链变得非常长时，可能会导致性能问题。你有哪些优化建议？

答：长的责任链确实可能导致性能下降，尤其是在每个处理者都进行大量计算的情况下。为此，你可以采取以下措施：

（1）提前终止：一旦某个处理者成功处理了请求，立即停止传递给后续处理者。

（2）并行处理：如果处理者之间没有顺序依赖，可以考虑并行化处理。

- （3）缓存结果：对于重复出现的相同请求，可以缓存之前的处理结果。

（4）优先级排序：根据处理者的效率或成功率对处理者进行排序，让最有可能成功的处理者优先处理请求。

30. 解释器模式（Interpreter Pattern）在当今快速发展的编程世界中是否还有用武之地？如果有，请举例说明。

答：尽管解释器模式并不像其他一些设计模式那样频繁使用，但在某些特定领域它仍然非常有用。比如，在构建DSL（领域特定语言）、查询语言解析器（如SQL解析）、规则引擎等方面，解释器模式可以帮助简化表达式的求值过程。例如，Antlr是一个流行的工具，它可以根据给定的语法生成解析器代码，这实际上就是解释器模式的一种实现方式。

31. 如何利用模板方法模式（Template Method Pattern）构建灵活的插件架构，使第三方开发者能够轻松扩展应用程序的功能？

答：模板方法模式非常适合用来构建插件架构，因为它允许定义算法框架的同时保留部分步骤的具体实现细节给子类完成。具体做法如下：

（1）定义一个抽象基类，其中包含一个或多个模板方法，这些方法定义了插件工作的基本流程。

（2）在模板方法内部调用钩子方法（hook method），即留给子类实现的方法。

（3）提供默认实现，确保即使子类不重写这些钩子方法也能正常工作。

（4）为第三方开发者提供清晰的文档和示例代码，指导他们如何继承基类并覆盖必要的钩子方法来自定义行为。

通过这种方式，第三方开发者可以在不修改核心代码的基础上添加新功能，极大地提高了系统的可扩展性和复用性。

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