java中的23种设计模式哪些是必须要掌握的

在Java编程中，单例模式、观察者模式、工厂模式、装饰者模式、策略模式 是必须要掌握的几种设计模式。这些模式覆盖了创建型、结构型、行为型设计模式的关键方面，对于提高代码的可复用性、可维护性以及扩展性都有着重要意义。单例模式，作为一种创建型设计模式，尤其值得深入理解。它确保一个类仅有一个实例，并提供一个访问这个实例的全局访问点，广泛应用于需要频繁进行创建和销毁的对象管理，比如线程池、缓存、对话框、访问共享设施的对象等场景。

一、单例模式

单例模式旨在确保一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。实现单例模式时，需要私有化其构造函数，防止外部通过new关键字创建实例，并提供一个静态方法供外部获取其唯一实例。

实现单例模式有多种方式，常见的有懒汉式、饿汉式、双重检查锁定、静态内部类和枚举。每种方式在不同场景下有不同的应用，考虑到线程安全、延迟加载、序列化安全等问题，选择合适的实现方式至关重要。
在多线程环境下，单例模式的实现需要特别考虑线程安全问题。双重检查锁定是一种常见的解决方案，它在实例未被创建时才进行同步，这样既保证了线程安全，又避免了每次访问都需要同步的性能损耗。

二、观察者模式

观察者模式定义了对象之间的一对多依赖，这样当一个对象改变状态时，其所有依赖者都会收到通知并自动更新。这种模式在实现事件监听、消息广播等功能时非常有用。

在观察者模式中，被观察对象维护一个观察者列表，当被观察对象的状态发生变化时，它会通知列表中的所有观察者。这种模式解耦了观察者和被观察者，增加了系统的灵活性和可维护性。
Java语言中，可以通过实现java.util.Observable类和java.util.Observer接口来快速构建观察者模式。此外，使用事件监听器（Event Listener）也是实现观察者模式的常见方式。

三、工厂模式

工厂模式定义了一个用于创建对象的接口，允许子类决定实例化哪个类。工厂模式使一个类的实例化延迟到其子类。

工厂模式主要有三种变体：简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。简单工厂模式通过一个中心化的工厂类来创建产品类的实例，适用于产品种类较少并且不会频繁增加的场景。
工厂方法模式通过定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个产品类，将产品的实例化延迟到子类进行。抽象工厂模式则提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要指定具体类。

四、装饰者模式

装饰者模式允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。这种类型的设计模式是结构型模式，因为这种模式通过创建一个装饰类，用来包装原有的类。

在装饰者模式中，装饰类和被装饰类通常有共同的超类。这使得装饰者可以在运行时动态地添加功能到对象上，不仅提高了灵活性，还扩展了类的功能。
装饰者模式是扩展系统功能的理想选择，特别是对于那些修改已有代码不太现实或修改代价过大的系统。通过这种模式可以在不改变原始类文件和使用继承的情况下，动态地扩展对象的功能。

五、策略模式

策略模式定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互相替换，策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

策略模式涉及到三个角色：环境（Context）类、策略（Strategy）类和具体策略（ConcreteStrategy）类。环境类会持有一个策略类的引用，以调用具体策略的方法。客户端则决定使用哪一个策略。
在策略模式中，算法的使用者（客户端）仅需了解策略接口，而无需了解其具体的实现。这大大增加了算法的灵活性和可扩展性，对于有多种处理方式或行为的系统而言，使用策略模式可以优雅地管理和维护不同的行为变化。

设计模式作为软件工程的一部分，无论是对于初学者还是经验丰富的开发者而言，理解并掌握这些基本的设计模式都是提升软件设计能力的重要一步。在实际的软件开发过程中，恰当地运用这些设计模式不仅可以提高代码的可维护性和扩展性，还可以促进团队成员之间的沟通，共同构建出更加稳定、高效的软件系统。