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23 种 GoF 设计模式逐个详解
创建型 5 + 结构型 7 + 行为型 11，每种含意图/结构/角色/适用场景/真题考法/易混对比；含 SOLID 设计原则与高频易混对比表
更新于 2026年7月29日
软考设计模式GoF真题SOLID案例分析
一句话定位
案例题要求识别”某 UML 类图是哪种模式”、“该场景应选哪种模式”、“某模式有几个角色”——本篇把 23 种 GoF 模式每种独立详讲到看 UML 即可识别。
NOTE
本篇是 04-design-patterns.mdx 的”模式独立深化版”。事实据教材第 2 版 §3.8 + GoF 经典 + 2020-2025 真题核对（2026-07-29）。
IMPORTANT
每种模式 6 要素：① 一句话意图 ② UML 结构图 ③ 角色 ④ 适用场景 ⑤ 真题考法 ⑥ 易混模式对比
三大类区分
| 类型 | 数量 | 关注 |
|---|
| 创建型 Creational | 5 | 对象创建（封装实例化） |
| 结构型 Structural | 7 | 类/对象组合（接口适配） |
| 行为型 Behavioral | 11 | 对象间职责分配（通信） |
一、创建型（5）
A1 单例 Singleton
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 确保一个类只有一个实例，提供全局访问点 |
| 结构 | 单例类持私有静态实例 + 私有构造 + 公有静态获取方法 |
| 角色 | Singleton（唯一角色） |
| 5 种实现 | 饿汉式 / 懒汉式 / 双重检查锁 DCL / 静态内部类 / 枚举（推荐） |
| 适用 | 配置管理 / 日志 / 数据库连接池 / Spring Bean 单例 / Runtime |
| 真题 | 2021-11 综合、2024-05 综合 |
| 易混 | vs 全局变量：单例有封装 + 懒加载 + 唯一性保证 |
双重检查锁实现：
class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
A2 工厂方法 Factory Method
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 定义创建接口，延迟到子类决定实例化哪个类 |
| 结构 | Product（抽象产品）+ ConcreteProduct + Creator（抽象工厂）+ ConcreteCreator |
| 角色 | 4 角色 |
| 适用 | 不确定具体类型 / 解耦创建与使用 / 框架扩展点 |
| 典型 | 日志工厂（File/DB/Console 日志）；Spring BeanFactory |
| 真题 | 2018-05、2022-11 综合（UML 类图识别） |
| 易混 | vs 简单工厂（无开放封闭原则）/ vs 抽象工厂（产品族 vs 单产品） |
Creator ──uses──> Product
△ △
│ │
ConcreteA ──creates──> ConcreteProductA
ConcreteB ──creates──> ConcreteProductB
A3 抽象工厂 Abstract Factory
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 创建一系列相关或依赖的对象族 |
| 结构 | AbstractFactory + ConcreteFactory + AbstractProduct（多个）+ ConcreteProduct |
| 角色 | 4 角色，但每工厂含多个创建方法 |
| 适用 | 跨 UI 主题（Windows/Mac 按钮 + 文本框 + 下拉）/ 数据库多类型（MySQL/PG/Oracle DAO） |
| 典型 | Java AWT Toolkit / Spring 多 DataSource |
| 真题 | 2020-11、2025-05 综合 |
| 易混 | vs 工厂方法：工厂方法创 1 种，抽象工厂创一族 |
A4 生成器 Builder
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 将复杂对象的构建与表示分离，分步构造 |
| 结构 | Director（指挥者）+ Builder（抽象）+ ConcreteBuilder + Product |
| 角色 | 4 角色 |
| 适用 | 复杂对象（多参数构造）/ SQL 构造器 / StringBuilder / Lombok @Builder |
| 典型 | StringBuilder / Protocol Buffers |
| 真题 | 2023-11 综合（生成器角色） |
| 易混 | vs 工厂：生成器关注”分步过程”，工厂关注”创建哪种” |
A5 原型 Prototype
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 通过克隆原型实例创建新对象 |
| 结构 | Prototype（抽象，含 clone()）+ ConcretePrototype + Client |
| 角色 | 3 角色 |
| 关键 | 浅拷贝 vs 深拷贝 |
| 适用 | 创建开销大（DB 查询）/ 配置初始化 / 防止类层次爆炸 |
| 典型 | Java Object.clone() / 原型模式 Spring |
| 真题 | 2022-05 综合（深浅拷贝） |
WARNING
浅拷贝 vs 深拷贝：
- 浅拷贝：基本类型复制值；引用类型复制引用（共享对象）
- 深拷贝：递归克隆所有引用对象
二、结构型（7）
B1 适配器 Adapter
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 转换接口，使不兼容类协作 |
| 结构 | Target（目标接口）+ Adaptee（被适配者）+ Adapter |
| 两类 | 类适配器（继承 Adaptee 实现 Target）/ 对象适配器（组合 Adaptee，推荐） |
| 角色 | 3 角色 |
| 适用 | 旧接口适配新系统 / 第三方库集成 |
| 典型 | Java InputStreamReader（字节→字符）/ Spring HandlerAdapter |
| 真题 | 2019-11、2024-11 综合 |
| 易混 | vs 桥接 vs 装饰（适配器改接口，装饰增职责不改接口） |
B2 桥接 Bridge
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 将抽象部分与实现部分分离，独立变化 |
| 结构 | Abstraction（抽象）+ RefinedAbstraction + Implementor（实现接口）+ ConcreteImplementor |
| 角色 | 4 角色 |
| 关键 | 通过组合而非继承连接两个独立维度 |
| 适用 | 跨平台 UI（形状 × 颜色）/ 跨数据库驱动 / JDBC Driver |
| 典型 | JDBC（DriverManager 桥接 Driver）/ Java Logging |
| 真题 | 2021-05 综合 |
B3 组合 Composite
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 树形结构表示”部分-整体”，统一处理叶子和组合 |
| 结构 | Component（抽象）+ Leaf（叶子）+ Composite（组合，含子节点集合） |
| 角色 | 3 角色 |
| 适用 | 文件系统（文件 + 文件夹）/ 组织架构 / UI 控件树 / 菜单 |
| 典型 | Java Swing Container / AWT Component |
| 真题 | 2024-05 综合 |
B4 装饰 Decorator
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 动态给对象添加职责，比继承更灵活 |
| 结构 | Component + ConcreteComponent + Decorator（实现 Component + 持有 Component）+ ConcreteDecorator |
| 角色 | 4 角色 |
| 关键 | 装饰器与原对象同接口 + 持有原对象引用 |
| 适用 | Java IO 流（InputStream → BufferedInputStream → DataInputStream）/ 咖啡加料（基础+牛奶+糖） |
| 典型 | Java IO / Spring BeanWrapper |
| 真题 | 2020-05 综合、2025-11 综合 |
BufferedInputStream(InputStream in)
└─ DataInputStream(InputStream in)
└─ FileInputStream("file.txt")
B5 外观 Facade
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 为子系统提供统一高层接口 |
| 结构 | Facade（外观，组合多个子系统）+ Subsystem（多个） |
| 角色 | 2 角色（Facade + Subsystems） |
| 适用 | 复杂子系统封装（计算机启动：CPU+内存+硬盘一起启动）/ SLF4J |
| 典型 | Spring JdbcTemplate / SLF4J |
| 真题 | 2023-05 综合 |
B6 享元 Flyweight
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 共享细粒度对象，减少内存 |
| 结构 | Flyweight（抽象）+ ConcreteFlyweight（共享）+ UnsharedFlyweight + FlyweightFactory |
| 角色 | 4 角色 |
| 关键 | 内部状态（共享，不随环境变）+ 外部状态（不共享，调用方传入） |
| 适用 | 围棋棋子（颜色内部状态，位置外部）/ 字符串常量池 / 数据库连接池 / Integer Cache |
| 典型 | Java String pool / Integer.valueOf(-128~127) |
| 真题 | 2022-11 综合 |
B7 代理 Proxy
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 为其他对象提供代理以控制访问 |
| 结构 | Subject（抽象）+ RealSubject（被代理）+ Proxy（持有 RealSubject） |
| 角色 | 3 角色 |
| 4 类 | 远程 Remote（RPC）/ 虚拟 Virtual（懒加载）/ 保护 Protective（权限）/ 智能引用 Smart（计数/缓存） |
| 适用 | Spring AOP / RPC Stub / 图片懒加载 / 权限校验 |
| 典型 | Spring AOP（JDK 动态代理 / CGLIB） |
| 真题 | 2017-11、2024-05 综合 |
三、行为型（11）
C1 责任链 Chain of Responsibility
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 沿链传递请求，直到处理 |
| 结构 | Handler（抽象，含 successor）+ ConcreteHandler（多个） |
| 角色 | 2 角色 |
| 关键 | 解耦发送者与接收者；接收者决定处理或传给下一个 |
| 适用 | 审批流 / Servlet 过滤器（Filter Chain）/ Spring Interceptor / OA 系统 |
| 典型 | Java Servlet Filter / Spring HandlerInterceptor |
| 真题 | 2021-11 综合 |
C2 命令 Command
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 将请求封装为对象，支持撤销/排队/日志 |
| 结构 | Command（声明 execute）+ ConcreteCommand + Receiver（实际执行）+ Invoker（调用者）+ Client |
| 角色 | 5 角色 |
| 适用 | 编辑器撤销/重做 / 任务队列 / 事务管理 / 宏命令 |
| 典型 | Java Runnable / Spring Transaction |
| 真题 | 2024-11 综合 |
C3 解释器 Interpreter
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 给定语言，定义文法并解释句子 |
| 结构 | AbstractExpression + TerminalExpression（终结符）+ NonterminalExpression（非终结符）+ Context + Client |
| 角色 | 5 角色 |
| 适用 | 正则引擎 / SQL 解析 / 规则引擎 / 表达式求值 |
| 典型 | Spring SpEL / Java regex |
| 真题 | 2025-05 综合（与规则系统对照） |
C4 迭代器 Iterator
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 顺序访问聚合元素，不暴露内部表示 |
| 结构 | Iterator（hasNext/next）+ ConcreteIterator + Aggregate（容器抽象）+ ConcreteAggregate |
| 角色 | 4 角色 |
| 适用 | 集合遍历（List/Set/Map）/ 文件遍历 / 流式处理 |
| 典型 | Java Iterator / Iterable |
| 真题 | 2018-05 综合 |
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 用中介对象封装一组对象交互，解耦对象间网状关系 |
| 结构 | Mediator + ConcreteMediator + Colleague（同事类）+ ConcreteColleague |
| 角色 | 4 角色 |
| 关键 | 网状交互 → 星型（都通过中介者） |
| 适用 | 聊天室 / 飞机调度系统 / 事件总线 / MVC 中 Controller 充当 Mediator |
| 典型 | Java Timer / Spring EventBus |
| 真题 | 2023-11 综合 |
C6 备忘录 Memento
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 在不破坏封装下保存并恢复对象内部状态 |
| 结构 | Originator（原发器，创建/恢复备忘录）+ Memento（保存状态）+ Caretaker（管理者，仅持有不修改） |
| 角色 | 3 角色 |
| 适用 | 游戏存档 / 事务回滚 / 编辑器撤销 / 检查点 |
| 典型 | Java Serializable / Spring Transaction |
| 真题 | 2022-05 综合 |
C7 观察者 Observer（最高频）
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 一对多依赖，状态变化时通知所有观察者 |
| 结构 | Subject（主题，attach/detach/notify）+ ConcreteSubject + Observer（update）+ ConcreteObserver |
| 角色 | 4 角色 |
| 关键 | 推模型（主题发送数据）vs 拉模型（观察者主动取） |
| 适用 | 事件订阅 / MVC（View 监听 Model）/ Vue 双向绑定 / 消息总线 |
| 典型 | Java Observable / Observer / Spring ApplicationEvent |
| 真题 | 2017-11、2020-11、2024-05 综合（高频！） |
C8 状态 State
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 对象状态改变时改变其行为（看上去像换了类） |
| 结构 | Context（持 State 引用）+ State（抽象）+ ConcreteState（多个） |
| 角色 | 3 角色 |
| 适用 | 订单状态机（待支付/已支付/已发货/已完成）/ 自动售货机 / 工作流 |
| 典型 | Spring StateMachine |
| 真题 | 综合 |
| 易混 | vs 策略：状态自动切换（环境管理状态），策略客户端主动选 |
C9 策略 Strategy（高频）
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 封装可互换的算法族，可互换 |
| 结构 | Strategy（抽象算法）+ ConcreteStrategy（多个）+ Context（持 Strategy） |
| 角色 | 3 角色 |
| 关键 | 客户端选择具体策略；与状态模式结构相同但意图不同 |
| 适用 | 支付方式（微信/支付宝/银行卡）/ 排序算法 / 折扣计算 / 路径规划 |
| 典型 | Java Comparator / Spring 多种 Bean 注入 |
| 真题 | 2021-05、2025-05 综合 |
C10 模板方法 Template Method
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 定义算法骨架，子类重写特定步骤 |
| 结构 | AbstractClass（templateMethod + primitiveOp）+ ConcreteClass（实现 primitiveOp） |
| 角色 | 2 角色 |
| 关键 | 父类定义流程（final），子类实现细节 |
| 适用 | JUnit 测试生命周期 / Spring 框架钩子 / Servlet doGet/doPost |
| 典型 | Java InputStream.read() / Spring JdbcTemplate |
| 真题 | 2023-05 综合 |
C11 访问者 Visitor
| 维度 | 内容 |
|---|
| 意图 | 在不改变类前提下对元素定义新操作 |
| 结构 | Visitor（visit ConcreteElement）+ ConcreteVisitor + Element（accept Visitor）+ ConcreteElement + ObjectStructure |
| 角色 | 5 角色 |
| 关键 | 双重分派 Double Dispatch（accept 调 visit，visit 又调具体 element 方法） |
| 适用 | 编译器 AST / 文件树导出（不同访问者做不同操作）/ 报表生成 |
| 典型 | Java ASM 字节码操作 |
| 真题 | 2024-11 综合（双分派） |
四、设计原则（综合题常考）
SOLID 五原则
| 原则 | 全称 | 含义 |
|---|
| S - SRP | Single Responsibility | 单一职责：一个类只有一个变化原因 |
| O - OCP | Open-Closed | 开闭：对扩展开放，对修改关闭 |
| L - LSP | Liskov Substitution | 里氏替换：子类必须能替换父类 |
| I - ISP | Interface Segregation | 接口隔离：客户端不被迫依赖不用的方法 |
| D - DIP | Dependency Inversion | 依赖倒置：依赖抽象，不依赖具体 |
其他原则
- 迪米特法则 LoD（Least Knowledge）：一个对象应对其他对象保持最少了解
- 合成复用原则 CRP：多用组合，少用继承
- KISS（Keep It Simple, Stupid）：保持简单
- DRY（Don’t Repeat Yourself）：避免重复
五、易混模式对比表
| 对比项 | 模式 A | 模式 B | 关键区别 |
|---|
| 创建 | 工厂方法 | 抽象工厂 | 1 种 vs 1 族 |
| 创建 | 工厂方法 | 生成器 | 关注哪种 vs 关注分步 |
| 结构 | 适配器 | 装饰 | 改接口 vs 增职责 |
| 结构 | 适配器 | 桥接 | 事后改 vs 设计初分 |
| 结构 | 代理 | 装饰 | 控制访问 vs 增职责 |
| 结构 | 组合 | 装饰 | 都用递归；组合关注树结构 |
| 行为 | 状态 | 策略 | 自动切换 vs 客户端选 |
| 行为 | 命令 | 策略 | 封装请求 vs 算法族 |
| 行为 | 观察者 | 中介者 | 一对多广播 vs 星型中介 |
六、反查表
| 模式 | 类型 | 意图一句话 | 角色 | 真题 |
|---|
| 单例 | 创建 | 唯一实例 | 1 | 2021-11, 2024-05 |
| 工厂方法 | 创建 | 子类决定实例化 | 4 | 2018-05, 2022-11 |
| 抽象工厂 | 创建 | 创建产品族 | 4 | 2020-11, 2025-05 |
| 生成器 | 创建 | 分步构建 | 4 | 2023-11 |
| 原型 | 创建 | 克隆 | 3 | 2022-05 |
| 适配器 | 结构 | 接口转换 | 3 | 2019-11, 2024-11 |
| 桥接 | 结构 | 抽象-实现分离 | 4 | 2021-05 |
| 组合 | 结构 | 部分-整体树 | 3 | 2024-05 |
| 装饰 | 结构 | 动态增职责 | 4 | 2020-05, 2025-11 |
| 外观 | 结构 | 子系统统一接口 | 2 | 2023-05 |
| 享元 | 结构 | 共享对象 | 4 | 2022-11 |
| 代理 | 结构 | 控制访问 | 3 | 2017-11, 2024-05 |
| 责任链 | 行为 | 链式传递 | 2 | 2021-11 |
| 命令 | 行为 | 封装请求 | 5 | 2024-11 |
| 解释器 | 行为 | 文法解释 | 5 | 2025-05 |
| 迭代器 | 行为 | 顺序遍历 | 4 | 2018-05 |
| 中介者 | 行为 | 中介封装交互 | 4 | 2023-11 |
| 备忘录 | 行为 | 状态保存恢复 | 3 | 2022-05 |
| 观察者 | 行为 | 一对多通知 | 4 | 2017-11, 2020-11, 2024-05 |
| 状态 | 行为 | 状态切行为 | 3 | 综合 |
| 策略 | 行为 | 算法互换 | 3 | 2021-05, 2025-05 |
| 模板方法 | 行为 | 算法骨架 | 2 | 2023-05 |
| 访问者 | 行为 | 双分派扩展 | 5 | 2024-11 |
记忆口诀 / 易错点汇总
- 创建型 5：单工抽生原（单例/工厂/抽象工厂/生成器/原型）
- 结构型 7：适桥组装外享代（适配器/桥接/组合/装饰/外观/享元/代理）
- 行为型 11：责命解迭中备观状策模访
- SOLID 五原则：单一职责 + 开闭 + 里氏替换 + 接口隔离 + 依赖倒置
- 观察者 = 一对多通知；中介者 = 多对多解耦
- 策略 vs 状态：策略客户端选；状态自动切
TIP
避坑建议：
- 看 UML 类图：是否有”持 X 引用”+“同接口” → 装饰 / 代理 / 适配器
- 装饰与原对象同接口；代理控制访问；适配器改接口
- 工厂方法创1 种，抽象工厂创1 族
- 状态机用状态模式（不是策略）
交叉引用
本系列笔记
主计划文档
详见 主计划 §3.8 设计模式 的对应内容。
外部延伸
- 官方教材：《系统架构设计师教程（第 2 版）》§3.8
- 经典著作：GoF《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》
- 真题练习：2020-2025 综合+案例
自测题
- 创建：写”配置管理类”应选哪种模式？（答：单例）
- 结构：Java IO 流的 BufferedInputStream 是什么模式？（答：装饰）
- 结构：JDBC DriverManager 是什么模式？（答：桥接）
- 行为：观察者与中介者的核心区别？（答：一对多广播 vs 多对多中介）
- 行为：订单状态机用什么模式？（答：状态，不是策略）
- 行为：Java Runnable 是什么模式？（答：命令）
IMPORTANT
如果只能”看着面熟”但说不出来，说明还没真正掌握，建议回看对应章节并多做真题。
下一篇导引：微服务分布式深化 将讲述微服务全栈（注册/网关/熔断/限流/分布式事务），覆盖案例与论文新高频方向。