Java设计模式面试题（1~9题）

1、你所知道的设计模式有哪些

Java中一般认为有 23 种设计模式，我们不需要所有的都会，但是其中常用的几种设计模式应该去掌握。下面列出了所有的设计模式。需要掌握的设计模式已经单独列出来了，当然能掌握的越多越好。

● 总体来说设计模式分为三大类：

创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

2、单例设计模式？

最好理解的一种设计模式，分为懒汉式和饿汉式。

饿汉式：

public class Singleton {
   
    // 直接创建对象
    public static Singleton instance = new Singleton();
   
    // 私有化构造函数
    private Singleton() {
    }

    // 返回对象实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
  
  }

懒汉式：

public class Singleton {
    // 声明变量
    private static volatile Singleton singleton = null;
    // 私有构造函数
    private Singleton() {
    }
    // 提供对外方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

3、工厂设计模式？

工厂模式分为工厂方法模式和抽象工厂模式。

工厂方法模式分为三种：

● 普通工厂模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象。

● 多个工厂方法模式，是提供多个工厂方法，分别创建对象。

● 静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

● 普通工厂模式

public interface Sender {
    public void Send();
}
public class MailSender implements Sender {
    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("this is mail sender!");
    }
}
public class SmsSender implements Sender {
    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("this is sms sender!");
    }
}
public class SendFactory {
    public Sender produce(String type) {
        if ("mail".equals(type)) {
            return new MailSender();
        } else if ("sms".equals(type)) {
            return new SmsSender();
        } else {
            System.out.println("请输入正确的类型!");
            return null;
        }
    }
}

● 多个工厂方法模式

该模式是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。

public class SendFactory {
    public Sender produceMail() {
        return new MailSender();
    }
    public Sender produceSms() {
        return new SmsSender();
    }
}
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        SendFactory factory = new SendFactory();
        Sender sender = factory.produceMail();
        sender.send();
    }
}

● 静态工厂方法模式

将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

public class SendFactory {
    public static Sender produceMail() {
        return new MailSender();
    }
    public static Sender produceSms() {
        return new SmsSender();
    }
}
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        Sender sender = SendFactory.produceMail();
        sender.send();
    }
}

● 抽象工厂模式

工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。

public interface Provider {
    public Sender produce();
}
public interface Sender {
    public void send();
}
public class MailSender implements Sender {
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("this is mail sender!");
    }
}
public class SmsSender implements Sender {
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("this is sms sender!");
    }
}
public class SendSmsFactory implements Provider {
    @Override
    public Sender produce() {
        return new SmsSender();
    }
}
public class SendMailFactory implements Provider {
    @Override
    public Sender produce() {
        return new MailSender();
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Provider provider = new SendMailFactory();
        Sender sender = provider.produce();
        sender.send();
    }
}

4、建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象， 所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的 Test 结合起来得到的。

public class Builder {
    private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();
    public void produceMailSender(int count) {
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            list.add(new MailSender());
        }
    }
    public void produceSmsSender(int count) {
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            list.add(new SmsSender());
        }
    }
}
public class Builder {
    private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();
    public void produceMailSender(int count) {
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            list.add(new MailSender());
        }
    }
    public void produceSmsSender(int count) {
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            list.add(new SmsSender());
        }
    }
}
public class TestBuilder {
    public static void main(String[] args) {
        Builder builder = new Builder();
        builder.produceMailSender(10);
    }
}

5、适配器设计模式

适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。

● 类的适配器模式

public class Source {
    public void method1() {
        System.out.println("this is original method!");
    }
}
public interface Targetable {
    /* 与原类中的方法相同 */
    public void method1();
    /* 新类的方法 */
    public void method2();
}
public class Adapter extends Source implements Targetable {
    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("this is the targetable method!");
    }
}
public class AdapterTest {
    public static void main(String[] args) {
        Targetable target = new Adapter();
        target.method1();
        target.method2();
    }
}

● 对象的适配器模式

基本思路和类的适配器模式相同，只是将 Adapter 类作修改，这次不继承 Source 类，而是持有 Source 类的实例，以达到解决兼容性的问题。

public class Wrapper implements Targetable {
    private Source source;
    public Wrapper(Source source) {
        super();
        this.source = source;
    }
    @Override
    public void method2() {
        System.out.println("this is the targetable method!");
    }
    @Override
    public void method1() {
        source.method1();
    }
}
public class AdapterTest {
    public static void main(String[] args) {
        Source source = new Source();
        Targetable target = new Wrapper(source);
        target.method1();
        target.method2();
    }
}

● 接口的适配器模式

接口的适配器是这样的：有时我们写的一个接口中有多个抽象方法，当我们写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是我们需要的，有时只需要某一些，此处为了解决这个问题，我们引入了接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以我们写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。

6、装饰模式（Decorator）

顾名思义，装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能，而且是动态的，要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口，装饰对象持有被装饰对象的实例。

public interface Sourceable {
    public void method();
}
public class Source implements Sourceable {
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("the original method!");
    }
}
public class Decorator implements Sourceable {
    private Sourceable source;
    public Decorator(Sourceable source) {
        super();
        this.source = source;
    }
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("before decorator!");
        source.method();
        System.out.println("after decorator!");
    }
}

public class DecoratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Sourceable source = new Source();
        Sourceable obj = new Decorator(source);
        obj.method();
    }
}

7、策略模式（strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数。策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。

public interface ICalculator {
    public int calculate(String exp);
}
public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator {
    @Override
    public int calculate(String exp) {
        int arrayInt[] = split(exp， "-");
        return arrayInt[0] - arrayInt[1];
    }
}
public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator {
    @Override
    public int calculate(String exp) {
        int arrayInt[] = split(exp， "\\+");
        return arrayInt[0] + arrayInt[1];
    }
}
public class AbstractCalculator {
    public int[] split(String exp， String opt) {
        String array[] = exp.split(opt);
        int arrayInt[] = new int[2];
        arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);
        arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);
        return arrayInt;
    }
}
public class StrategyTest {
    public static void main(String[] args) {
        String exp = "2+8";
        ICalculator cal = new Plus();
        int result = cal.calculate(exp);
        System.out.println(result);
    }
}

8、观察者模式（Observer）

观察者模式很好理解，类似于邮件订阅和RSS订阅，当我们浏览一些博客或wiki时，经常会看到RSS图标，就这的意思是，当你订阅了该文章，如果后续有更新，会及时通知你。其实，简单来讲就一句话：当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系。

public interface Observer {
    public void update();
}
public class Observer1 implements Observer {
    @Override
    public void update() {
        System.out.println("observer1 has received!");
    }
}
public class Observer2 implements Observer {
    @Override
    public void update() {
        System.out.println("observer2 has received!");
    }
}
public interface Subject {
    /*增加观察者*/
    public void add(Observer observer);
    /*删除观察者*/
    public void del(Observer observer);
    /*通知所有的观察者*/
    public void notifyObservers();
    /*自身的操作*/
    public void operation();
}
public abstract class AbstractSubject implements Subject {
    private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>();
    @Override
    public void add(Observer observer) {
        vector.add(observer);
    }
    @Override
    public void del(Observer observer) {
        vector.remove(observer);
    }
    @Override
    public void notifyObservers() {
        Enumeration<Observer> enumo = vector.elements();
        while (enumo.hasMoreElements()) {
            enumo.nextElement().update();
        }
    }
}
public class MySubject extends AbstractSubject {
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("update self!");
        notifyObservers();
    }
}
public class ObserverTest {
    public static void main(String[] args) {
        Subject sub = new MySubject();
        sub.add(new Observer1());
        sub.add(new Observer2());
        sub.operation();
    }
}

9、JVM 垃圾回收机制和常见算法

理论上来讲Sun公司只定义了垃圾回收机制规则而不局限于其实现算法，因此不同厂商生产的虚拟机采用的算法也不尽相同。

GC（Garbage Collector）在回收对象前首先必须发现那些无用的对象，如何去发现定位这些无用的对象？常用的搜索算法如下：

● 引用计数器算法（废弃）

引用计数器算法是给每个对象设置一个计数器，当有地方引用这个对象的时候，计数器+1，当引用失效的时候，计数器-1，当计数器为0的时候，JVM就认为对象不再被使用，是“垃圾”了。引用计数器实现简单，效率高；但是不能解决循环引用问问题（A对象引用B对象，B对象又引用A对象，但是A，B对象已不被任何其他对象引用），同时每次计数器的增加和减少都带来了很多额外的开销，所以在JDK1.1之后，这个算法已经不再使用了。

● 根搜索算法（使用）

根搜索算法是通过一些“GC Roots”对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，搜索通过的路径成为引用链（Reference Chain），当一个对象没有被GC Roots的引用链连接的时候，说明这个对象是不可用的。

● GC Roots对象包括：

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用的对象。

方法区域中的类静态属性引用的对象。

方法区域中常量引用的对象。

本地方法栈中JNI（Native方法）的引用的对象。

通过上面的算法搜索到无用对象之后，就是回收过程，回收算法如下：

标记—清除算法（Mark-Sweep）（DVM使用的算法）

标记—清除算法包括两个阶段：“标记”和“清除”。在标记阶段，确定所有要回收的对象，并做标记。清除阶段紧随标记阶段，将标记阶段确定不可用的对象清除。标记—清除算法是基础的收集算法，标记和清除阶段的效率不高，而且清除后回产生大量的不连续空间，这样当程序需要分配大内存对象时，可能无法找到足够的连续空间。

● 复制算法（Copying）

复制算法是把内存分成大小相等的两块，每次使用其中一块，当垃圾回收的时候，把存活的对象复制到另一块上，然后把这块内存整个清理掉。复制算法实现简单，运行效率高，但是由于每次只能使用其中的一半，造成内存的利用率不高。现在的JVM用复制方法收集新生代，由于新生代中大部分对象（98%）都是朝生夕死的，所以两块内存的比例不是1:1(大概是8:1)

● 标记—整理算法（Mark-Compact）

标记—整理算法和标记—清除算法一样，但是标记—整理算法不是把存活对象复制到另一块内存，而是把存活对象往内存的一端移动，然后直接回收边界以外的内存。标记—整理算法提高了内存的利用率，并且它适合在收集对象存活时间较长的老年代。

● 分代收集（Generational Collection）

分代收集是根据对象的存活时间把内存分为新生代和老年代，根据各个代对象的存活特点，每个代采用不同的垃圾回收算法。新生代采用复制算法，老年代采用标记—整理算法。垃圾算法的实现涉及大量的程序细节，而且不同的虚拟机平台实现的方法也各不相同。