持续总结中！2024年面试必问 20 道设计模式面试题（二）

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三、请描述单例模式（Singleton Pattern）及其使用场景。

单例模式是一种创建型设计模式，用于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。这种模式在软件系统中非常常见，因为它提供了一种控制实例数量和确保全局一致性的有效方法。

单例模式的特点：

1. 唯一性：确保一个类只有一个实例。
2. 全局访问点：提供一种方式来访问这个唯一的实例。
3. 延迟实例化：只有在需要时才创建实例，这有助于节省资源。
4. 线程安全：在多线程环境中，确保实例的唯一性，即使多个线程同时尝试访问实例。

单例模式的实现步骤：

1. 私有化构造函数：将类的构造函数设为私有，防止外部通过new关键字创建实例。
2. 私有静态变量：在类内部创建一个私有静态变量来存储类的唯一实例。
3. 公有静态方法：提供一个公有静态方法，用于获取这个唯一实例。如果实例不存在，该方法会创建实例并返回；如果已经存在，则直接返回现有实例。

单例模式的示例（Java语言）：

public class Singleton {
    // 私有静态变量，存储类的唯一实例
    private static Singleton instance;

    // 私有构造函数，防止外部通过new创建实例
    private Singleton() {
    }

    // 公有静态方法，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，避免多线程环境下的竞态条件
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

使用场景：

1. 配置管理器：在应用程序中，配置信息通常只需要一个实例，比如数据库连接信息、应用设置等。
2. 连接池：数据库连接池需要限制数据库连接的数量，单例模式可以确保连接池的全局唯一性。
3. 日志记录器：日志记录器通常在应用程序中只需要一个实例，用于记录日志信息。
4. 硬件管理器：管理硬件设备的类，如打印机管理器，可能只需要一个实例来控制所有打印任务。
5. 资源管理器：对于需要全局访问的资源，如文件系统管理器，使用单例模式可以确保资源的一致性和有效管理。

示例场景：

假设你正在开发一个桌面应用程序，该应用程序需要一个日志记录器来记录所有操作的日志。使用单例模式，你可以确保整个应用程序中只有一个日志记录器实例，所有组件都使用这个实例来记录日志。

public class Logger {
    private static Logger instance;
    private List<String> logMessages;

    private Logger() {
        logMessages = new ArrayList<>();
    }

    public static synchronized Logger getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Logger();
        }
        return instance;
    }

    public void log(String message) {
        logMessages.add(message);
    }

    public List<String> getLogMessages() {
        return logMessages;
    }
}

在这个例子中，Logger类使用单例模式来确保全局只有一个日志记录器实例。应用程序中的任何组件都可以通过调用Logger.getInstance()来获取日志记录器实例，并使用它来记录日志。这样，所有的日志信息都存储在一个共享的列表中，便于管理和检索。

四、工厂模式（Factory Pattern）和抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）有什么区别？

工厂模式和抽象工厂模式都是创建型设计模式，它们用于创建对象，但它们之间存在一些关键的区别：

工厂模式（Factory Pattern）

1. 定义：工厂模式定义了一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。
2. 目的：主要用于创建一个具体类的实例，这个具体类有多个参数或者创建过程比较复杂。
3. 结构：包含一个工厂类（Factory Class）和一个或多个具体产品类（Concrete Product Classes）。
4. 使用场景：当需要创建的对象是同一类的不同实例时使用，例如创建不同类型的汽车。
5. 优点：隐藏了实例创建的细节，将对象创建和使用分离，提高了灵活性和可扩展性。

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

1. 定义：抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要指定它们具体的类。
2. 目的：用于创建一系列相关的产品族，这些产品在结构上相互关联，例如创建具有不同风格的GUI组件。
3. 结构：包含一个抽象工厂类（Abstract Factory Class），一个或多个具体工厂类（Concrete Factory Classes），以及一个或多个抽象产品类（Abstract Product Classes）和具体产品类（Concrete Product Classes）。
4. 使用场景：当需要创建的产品族是相关联的，并且希望系统能够独立于具体产品类的设计变化时使用。
5. 优点：提供了一种方式来保证客户端不依赖于具体的实现类，同时可以一起创建一组相关的产品。

区别总结：

• 创建对象的个数：工厂模式通常用于创建一个具体类的实例，而抽象工厂模式用于创建相关或依赖的对象族。
• 产品结构：工厂模式关注的是创建一个对象，而抽象工厂模式关注的是创建一个产品系列或产品组合。
• 复杂性：抽象工厂模式比工厂模式更复杂，因为它需要定义更多的接口和类。
• 使用场景：工厂模式适用于单一产品实例化的场景，而抽象工厂模式适用于需要同时创建多个相关或依赖产品的场景。
• 扩展性：抽象工厂模式在添加新的产品对象时更加灵活，因为它允许通过添加新的具体工厂来扩展新的产品族，而不需要修改已有的工厂类。

示例：

• 工厂模式示例：假设有一个汽车工厂，它可以根据客户的需求生产不同类型的汽车，如轿车、SUV等。每种类型的汽车都是一个具体产品。
• 抽象工厂模式示例：假设有一个汽车工厂，它不仅生产汽车，还生产汽车的配件，如轮胎、发动机等。这些产品在结构上是相互关联的，形成一个产品族。

通过这些区别，我们可以看出，选择使用工厂模式还是抽象工厂模式取决于具体的需求和设计目标。