整理好了！2024年最常见 20 道设计模式面试题（一）

一、请解释什么是设计模式，并给出几个常见的设计模式的例子。

设计模式是软件工程中的一种概念，它代表了在特定情境下解决特定问题的通用解决方案。设计模式不是代码，也不是可以脱离上下文直接使用的蓝图，而是一套被广泛认可的在软件开发中解决特定问题的策略。设计模式通常涉及到对象之间的交互以及它们在系统中的组织方式。

设计模式主要分为三大类：

创建型模式（Creational Patterns）：这些模式提供了创建对象的机制，增加已有代码的灵活性和可复用性，同时隐藏了创建逻辑的具体细节。常见的创建型模式包括：
- 单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
- 工厂方法模式（Factory Method）：定义创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。
- 抽象工厂模式（Abstract Factory）：创建相关或依赖对象的家族，而不需明确指定具体类。
结构型模式（Structural Patterns）：这些模式涉及对象的组合，通常用于实现对象间的关系，以便获得更大的结构。常见的结构型模式包括：
- 适配器模式（Adapter）：允许对象间的接口不兼容问题通过一个转换接口来解决。
- 装饰器模式（Decorator）：动态地给一个对象添加额外的职责，同时不改变其接口。
- 代理模式（Proxy）：为其他对象提供一个代替或占位符以控制对它的访问。
行为型模式（Behavioral Patterns）：这些模式专注于对象间的通信，它们定义了对象如何相互协作以完成复杂的任务。常见的行为型模式包括：
- 策略模式（Strategy）：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并使它们可互换。
- 观察者模式（Observer）：对象间的一对多依赖关系，当一个对象改变状态时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。
- 命令模式（Command）：将请求或操作封装为一个对象，从而使用户可用不同的请求对客户进行参数化，支持可撤销的操作。

设计模式的学习和应用可以帮助开发者写出更灵活、可维护和可扩展的代码，同时解决了许多在软件开发过程中反复出现的问题。

二、什么是单例模式？它在哪些场景下适用？

单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。这种模式在需要严格限制实例数量的场景下非常有用。

单例模式的关键特点：

唯一性：单例类只允许创建一个实例。
全局访问点：提供一个全局的访问点，可以方便地获取这个唯一的实例。
线程安全：在多线程环境中，单例模式需要保证线程安全，避免创建多个实例。
延迟实例化：单例类可以在第一次使用时才创建实例，这有助于节省资源。

单例模式的实现步骤：

私有化构造函数，防止外部通过new关键字创建实例。
在类内部创建一个私有静态变量来保存类的唯一实例。
提供一个公共的静态方法，用于获取这个唯一的实例。如果实例不存在，则创建它；如果已经存在，则直接返回。

单例模式的适用场景：

配置管理器：配置信息通常只需要一个实例，以确保配置数据的一致性。
连接池：数据库连接池需要限制连接的数量，单例模式可以确保只有一个连接池实例被创建。
硬件管理器：例如打印机或硬盘管理器，这些硬件通常只需要一个管理器来控制访问。
日志记录器：日志记录器通常只需要一个实例来记录整个应用程序的日志信息。
GUI应用中的窗口：在某些GUI应用程序中，可能只需要一个主窗口实例。

单例模式的实现示例（Java）：

public class Singleton {// 私有静态变量，保存类的唯一实例private static Singleton instance;// 私有构造函数，防止外部通过new创建实例private Singleton() {}// 公共的静态方法，提供全局访问点public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {// 同步代码块，确保线程安全synchronized (Singleton.class) {// 再次检查实例是否为null，避免多线程环境下创建多个实例if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}