Java面试题中的设计模式问题 - 问答

请简要介绍单例模式的概念及其在Java中的实现方式。

单例模式是一种创建型设计模式，确保类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在Java中，实现单例模式通常有以下几种方式：

饿汉式单例：在类加载时就创建实例，线程安全，但可能造成资源浪费。
懒汉式单例：在首次调用时创建实例，存在线程安全问题，需要加锁进行同步。
双重检查锁单例：在懒汉式基础上加锁，提高性能。
静态内部类单例：使用静态内部类实现延迟加载，线程安全。

什么是工厂模式？请给出一个在Java中实现工厂模式的例子。

工厂模式是一种创建型设计模式，用于创建对象的接口，但让子类决定实例化哪个类。在Java中，工厂模式通常包含一个接口和多个实现该接口的工厂类，示例代码如下：

// 接口
public interface Shape {
    void draw();
}

// 实现类
public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle.draw()");
    }
}

public class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Rectangle.draw()");
    }
}

// 工厂类
public class ShapeFactory {
    public static Shape createShape(String shapeType) {
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("Circle")) {
            return new Circle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("Rectangle")) {
            return new Rectangle();
        }
        return null;
    }
}

// 使用工厂类创建对象
public class FactoryPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Shape circle = ShapeFactory.createShape("Circle");
        Shape rectangle = ShapeFactory.createShape("Rectangle");
        
        circle.draw();
        rectangle.draw();
    }
}

什么是观察者模式？请给出一个在Java中实现观察者模式的例子。

观察者模式是一种行为设计模式，定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，其所有依赖者都会收到通知并自动更新。在Java中，可以使用Java内置的Observer和Observable类实现观察者模式，示例代码如下：

// 被观察者
public class Subject extends Observable {
    private int state;

    public int getState() {
        return state;
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        setChanged();
        notifyObservers(state);
    }
}

// 观察者
public class Observer implements java.util.Observer {
    public void update(Observable o, Object arg) {
        System.out.println("State changed to: " + arg);
    }
}

// 使用观察者模式
public class ObserverPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject();

        Observer observer1 = new Observer();
        Observer observer2 = new Observer();

        subject.addObserver(observer1);
        subject.addObserver(observer2);

        subject.setState(1);
        subject.setState(2);
    }
}

在上述例子中，Subject类继承自Observable类，用于管理观察者列表并通知观察者状态变化；Observer类实现了java.util.Observer接口，用于接收被观察者的通知。通过使用Observer和Observable类，可以方便地实现观察者模式。

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