三、设计模式
内容提要
本文介绍设计模式的定义、四要素，以及按功能（创建型、结构型、行为型）和按方式（类、对象）的分类；重点讲解简单工厂及其改进、单例、适配器、模板方法、策略、组合、装饰器模式，并举例说明其在JUnit、Java IO、Servlet及Spring DI/IOC中的应用。
延伸解读
简单工厂的改进：用抽象换取扩展性
文章指出简单工厂虽让 Client 不依赖具体 Sorter，但增加 Sorter 仍需修改 Factory，违反 OCP。改进一通过写死的类加载获取，使 Factory 无需修改，但 Client 仍要知道实现类，且丧失编译时类型安全。改进二进一步抽象并动态绑定，让 Client 和 Factory 都满足 OCP，代价是类型安全转为运行时检查，且限制实现类只能通过默认构造函数创建。这提示读者：扩展性提升往往伴随类型安全或构造灵活性的取舍。
单例模式：性能与功能需求下的无状态设计
文章从性能（减少频繁创建销毁的资源消耗）和功能（如打印机对象需统一控制）两个角度解释单例的动机。实现上强调私有构造函数和公有获取方法，懒加载需加锁避免多实例，并建议优先用静态类方式。特别提醒单例的成员变量会被多线程重用，可能产生意外结果，因此应尽量设计为无状态对象，只提供服务不保存状态。这为实际使用单例时避免线程安全问题提供了明确指引。
模板方法与策略：继承和组合的扩展取舍
文章将模板方法归为类行为模式，通过继承扩展，基类定义算法骨架，子类实现具体步骤；策略模式归为对象行为模式，通过组合扩展，将条件语句转为多态调用。策略的优点是把使用策略的人与具体实现分离，策略对象可自由组合；但策略不关心何时使用算法，需由客户端决定。模板方法基于继承更易实现，但文章提醒要适当使用。读者可据此根据扩展灵活性和实现复杂度选择。
装饰器与适配器：同为包装器，意图不同
文章指出装饰器和适配器都被称为包装器，但适配器是转换成另一个接口，装饰器是保持接口不变、扩展外围功能。装饰器可动态组合，比继承更灵活，但组合可能产生荒谬结果，增加复杂性。文章还对比装饰器与模板、策略：装饰器保持对象功能不变扩展外围，模板和策略保持算法框架不变扩展内部实现。文中列举 Java IO、Servlet 请求包装和 Collections.synchronizedList 等应用，帮助读者识别实际代码中的装饰器结构。
Q&A
设计模式的定义是什么？它包含哪四个基本要素？
设计模式是一种可重复使用的解决方案，描述了环境中不断出现的问题的通用解决方案。其四个基本要素为：模式名称（少量字组成，有助于表达设计）、待解问题（何时用及运用模式的环境）、解决方案（组成设计的元素、关系、职责及合作，是抽象而非具体实现）、结论（方案带来的利弊，对系统弹性、扩展性和可移植性的影响）。
设计模式按功能和方式分别如何分类？
按功能分为创建模式（对类的实例化过程的抽象）、结构模式（将类或对象结合形成更大结构）、行为模式（对对象间责任和算法的抽象化）。按方式分为类模式（以继承方式实现，静态）和对象模式（以组合方式实现，动态）。
简单工厂模式有什么优点和缺点？如何改进？
优点：使Client不再依赖Sorter的具体实现，对Client实现OCP——增加Sorter不影响Client。缺点：对Factory未实现OCP——增加Sorter需要修改Factory。改进一：通过写死的类加载获取，增加Sorter时无需修改Factory但仍需改Client，且丧失编译时类型安全，Client和Factory均类型不安全，Client仍知道Sorter实现，限制Sorter只能通过默认构造函数创建。改进二：通过抽象和动态绑定（将编译时类型检查转为运行时检查），使Client和Factory均满足OCP，但缺少编译时类型安全，仍限制默认构造函数创建。该机制解决了简单工厂模式最致命的问题。
为什么要使用单例模式？实现时需要注意什么？
使用单例模式保证一个类只产生一个实例，减少实例频繁创建和销毁的资源消耗（性能需求），当多个用户使用同一实例时便于统一控制（功能需求）。实现时必须有私有构造函数，保证实例通过公有方法获取；加锁懒加载初始化需加锁关键字避免多重实例；尽量使用静态类方式；单例中成员变量多线程重用可能产生意外结果，因此尽量设计为无状态对象（只提供服务，不保存状态）。
适配器模式和装饰器模式都叫包装器，它们有什么区别？
适配器用于将现有类的接口转换成所需接口（如JDBC Driver适配具体数据库），是转换成另一个接口；装饰器在不改变对客户端接口的前提下（对客户端透明）扩展现有对象的功能，是保持接口不变。装饰器形成一条链，可动态组合，但可能组合出荒谬结果；适配器不强调链式组合。
模板方法模式和策略模式在扩展功能上有什么不同？
模板方法模式是类的行为模式，通过继承实现扩展：基类负责算法轮廓和骨架，子类负责具体实现。策略模式是对象的行为模式，通过组合实现扩展，将使用策略的人与策略具体实现分离，策略对象可自由组合。模板方法基于继承更易实现但静态；策略基于组合更灵活但客户端需决定何时使用算法。
装饰器模式与继承相比有什么优缺点？
装饰器和继承都可以扩展对象功能，但装饰器是动态的，继承是静态的；装饰器可以任意组合，但这也使装饰器更复杂，有可能组合出荒谬的结果。
设计模式在JUnit、Java IO、Servlet和Spring中有哪些典型应用？
JUnit：模板方法模式（TestCase定义setUp、tearDown等骨架，子类实现测试方法）。Java IO：装饰器模式（流类库通过包装器扩展功能）。Servlet：模板方法模式（HttpServlet定义service方法骨架）和装饰器模式（HttpServletRequestWrapper）。Spring：依赖注入DI和控制反转IOC。
