spring boot中常见的设计模式

Spring Boot 常见设计模式应用详解

Spring Boot（基于 Spring Framework）在底层架构和日常开发中广泛运用了多种经典设计模式。这些模式是其高内聚、低耦合、可扩展、易维护特性的核心支撑。本文系统梳理 Spring Boot 中最常见且关键的 10 种设计模式，结合原理说明与代码示例，帮助开发者深入理解框架本质并写出更优雅的代码。

1. 工厂模式（Factory Pattern）

📌 应用场景

Bean 的创建与管理
解耦对象实例化逻辑，由容器统一负责

🔧 核心实现

BeanFactory：基础工厂接口
ApplicationContext：高级工厂（继承 BeanFactory），支持 AOP、事件、国际化等

💡 示例

// 开发者无需手动 new，由 Spring 工厂创建
@Service
public class UserService { }

// 获取 Bean
UserService user = applicationContext.getBean(UserService.class);

✅ 优势

隐藏复杂创建逻辑（如依赖注入、代理生成）
支持单例、原型等多种作用域
便于单元测试（可替换 mock 实现）

2. 单例模式（Singleton Pattern）

📌 应用场景

Spring 默认 Bean 作用域
确保全局唯一实例（节省内存资源）

🔧 核心实现

容器启动时预初始化单例 Bean
存储于 ConcurrentHashMap<String, Object> singletonObjects
线程安全由双重检查锁 + volatile 保证

💡 示例

@Service
public class OrderService {
// 整个应用生命周期内仅有一个实例
}

⚠️ 注意事项

不要在单例 Bean 中保存请求级状态（线程不安全！）
如需多例，使用 @Scope("prototype")

3. 代理模式（Proxy Pattern）

📌 应用场景

AOP 功能实现（事务、缓存、安全、日志等）
在不修改目标类的前提下增强行为

🔧 核心实现

代理类型	触发条件	特点
JDK 动态代理	目标类实现接口	基于反射，性能较好
CGLIB 代理	目标类未实现接口	生成子类，可代理 final 方法

💡 示例

@Service
public class PaymentService {

   @Transactional // Spring 生成代理，在方法前后添加事务控制
   public void pay() {
   // 业务逻辑
   }
}

🔍 验证代理

注入时打印类型：System.out.println(paymentService.getClass())
输出类似：class com.example.PaymentService$$EnhancerBySpringCGLIB$$xxx

4. 模板方法模式（Template Method Pattern）

📌 应用场景

封装固定流程，开放可变步骤
避免重复编写样板代码（如 JDBC、HTTP 调用）

🔧 核心实现

抽象父类定义算法骨架
子类/回调函数实现具体步骤

💡 示例：RedisTemplate

// RedisTemplate.java (简化版源码逻辑)
public <T> T execute(RedisCallback<T> action) {
  // 1️⃣ 获取连接（不变）
  RedisConnectionFactory factory = getConnectionFactory();
  RedisConnection conn = factory.getConnection();

  try {
    // 2️⃣ 执行用户自定义逻辑（可变）← 回调点！
    T result = action.doInRedis(conn);

    // 3️⃣ 反序列化结果（不变）
    return deserializeResult(result);

  } catch (Exception e) {
    // 4️⃣ 异常转换（不变）
    throw convertRedisAccessException(e);
  } finally {
    // 5️⃣ 释放资源（不变）
    conn.close();
  }
}

1：基础用法（显式回调）

用户重写 RedisCallback中的方法实现实现自定义

@Autowired
private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;

public String getValue(String key) {
    return redisTemplate.execute(new RedisCallback<String>() {
        @Override
        public String doInRedis(RedisConnection connection) throws DataAccessException {
            // 👇 只需关注这一行：执行 GET 命令
            byte[] value = connection.get(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            return value != null ? new String(value, StandardCharsets.UTF_8) : null;
        }
    });
}

2：Lambda 表达式（推荐）

public Long incrementCounter(String key) {
    return redisTemplate.execute(connection -> 
        connection.incr(key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
    );
}

复杂操作（Hash 操作）

public Map<byte[], byte[]> getHashAll(String hashKey) {
    return redisTemplate.execute(connection -> 
        connection.hGetAll(hashKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
    );
}

🌟 其他应用

RedisTemplate：封装 Redis 连接操作
RestTemplate：封装 HTTP 请求处理
AbstractRoutingDataSource：多数据源路由模板

5. 观察者模式（Observer Pattern）

📌 应用场景

事件驱动架构
解耦事件发布者与监听者（一对多依赖）

🔧 核心实现

事件发布：ApplicationEventPublisher.publishEvent()
事件监听：@EventListener 注解方法

💡 示例

// 1. 定义事件
public class OrderCreatedEvent extends ApplicationEvent {
    public OrderCreatedEvent(String orderId) { super(orderId); }
}

// 2. 发布事件
@Service
public class OrderService {
@Autowired
private ApplicationEventPublisher publisher;

    public void createOrder() {
        // ... 业务逻辑
        publisher.publishEvent(new OrderCreatedEvent("123"));
    }
}

// 3. 监听事件
@Component
public class EmailListener {
   @EventListener
   public void handle(OrderCreatedEvent event) {
       sendEmail(event.getSource().toString());
   }
}

🌐 内置事件

ContextRefreshedEvent：容器刷新完成
ContextClosedEvent：容器关闭
ServletRequestHandledEvent：HTTP 请求处理完成

6. 策略模式（Strategy Pattern）

📌 应用场景

运行时动态选择算法
替代复杂的 if-else 或 switch 语句

🔧 核心实现

定义策略接口
多个实现类注册为 Spring Bean 
通过 Map<String, Strategy> 自动注入所有实现

💡 示例：支付方式

// 1. 策略接口
public interface PayStrategy {
    void pay(BigDecimal amount);
}

// 2. 具体策略
@Service("alipay")
public class AlipayStrategy implements PayStrategy { }

@Service("wechat")
public class WechatPayStrategy implements PayStrategy { }

// 3. 上下文调用
@Service
public class PayService {
// Spring 自动注入所有 PayStrategy Bean 到 Map
private final Map<String, PayStrategy> strategies;

    public PayService(Map<String, PayStrategy> strategies) {
        this.strategies = strategies;
    }
    
    public void execute(String type, BigDecimal amount) {
        strategies.get(type).pay(amount); // 动态选择
    }
}

🌟 典型应用

文件存储策略（本地/OSS/MinIO）
消息推送策略（短信/邮件/站内信）
计费策略（按次/包月/阶梯）

7. 装饰器模式（Decorator Pattern）

📌 应用场景

动态添加职责而不改变原对象
扩展 HttpServletRequest/Response 功能

🔧 核心实现

继承 HttpServletRequestWrapper
重写需要增强的方法

💡 示例：参数解密

public class DecryptRequestWrapper extends HttpServletRequestWrapper {
   
   public DecryptRequestWrapper(HttpServletRequest request) {
    super(request);
   }
   
   @Override
   public String getParameter(String name) {
      String value = super.getParameter(name);
      return value != null ? decrypt(value) : null; // 添加解密逻辑
   }
   
   private String decrypt(String encrypted) {
      // 解密实现
      return encrypted;
   }
}
   
// 在 Filter 中使用
@Component
public class DecryptFilter implements Filter {
   public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain) {
      DecryptRequestWrapper wrapper = new DecryptRequestWrapper((HttpServletRequest) req);
      chain.doFilter(wrapper, res);
   }
}

8. 适配器模式（Adapter Pattern）

📌 应用场景

兼容不同接口规范
使不兼容的类能协同工作

🔧 核心实现

HandlerAdapter：适配不同类型的 Controller
日志门面：SLF4J 适配 Logback/Log4j

💡 手写一个适配器模式示例

假设我们要将旧版支付接口适配为新版统一支付接口。

1：定义目标接口（新版）

// 新版统一支付接口
public interface PaymentProcessor {
  boolean pay(String orderId, BigDecimal amount);
}

2：旧版接口（旧版）

// 第三方支付宝 SDK（不可修改）
public class AlipayClient {
    public String sendPayment(String tradeNo, double money) {
        // 返回 "SUCCESS" 或错误码
        return "SUCCESS";
    }
}

3：创建适配器

// 适配器：将 AlipayClient 适配为 PaymentProcessor
@Component
public class AlipayAdapter implements PaymentProcessor {
    
    private final AlipayClient alipayClient;
    
    public AlipayAdapter() {
        this.alipayClient = new AlipayClient(); // 或通过 DI 注入
    }
    
    @Override
    public boolean pay(String orderId, BigDecimal amount) {
        // 1. 转换参数类型（BigDecimal → double）
        double money = amount.doubleValue();
        
        // 2. 调用旧接口
        String result = alipayClient.sendPayment(orderId, money);
        
        // 3. 转换返回值（String → boolean）
        return "SUCCESS".equals(result);
    }
}

4：使用适配器

@Service
public class OrderService {
    
    // 依赖抽象，而非具体实现
    private final PaymentProcessor paymentProcessor;
    
    public OrderService(PaymentProcessor paymentProcessor) {
        this.paymentProcessor = paymentProcessor; // Spring 自动注入 AlipayAdapter
    }
    
    public void completeOrder(String orderId, BigDecimal amount) {
        if (paymentProcessor.pay(orderId, amount)) {
            // 支付成功
        }
    }
}

如果有多个实现？怎么办？

用 @Primary 指定首选

@Component
@Primary // 👈 默认优先使用这个
public class AlipayAdapter implements PaymentProcessor {  }

用 @Qualifier 指定

@Service
public class OrderService {

    private final PaymentProcessor paymentProcessor;

    public OrderService(@Qualifier("wechatPayAdapter") PaymentProcessor paymentProcessor) {
        this.paymentProcessor = paymentProcessor;
    }
}

按条件注册（高级）

@Component
@ConditionalOnProperty(name = "payment.provider", havingValue = "alipay")
public class AlipayAdapter implements PaymentProcessor {  }

yml中配置

payment:
  provider: alipay

🌐 其他应用

HttpMessageConverter：适配不同数据格式（JSON/XML）
TaskExecutor：适配不同线程池实现

9. 建造者模式（Builder Pattern）

📌 应用场景

构建复杂对象
提供流畅的链式调用 API

🔧 核心实现

提供 Builder 内部类或独立 Builder 类
逐步设置属性，最后调用 build() 生成对象

💡 示例：RestTemplateBuilder

@Bean
public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder builder) {
return builder
.setConnectTimeout(Duration.ofMillis(5000))
.setReadTimeout(Duration.ofMillis(5000))
.defaultHeader("User-Agent", "MyApp/1.0")
.build(); // 最终构建 RestTemplate
}

🌟 其他应用

WebClient.Builder（WebFlux）
DataSourceBuilder（数据源配置）

10. 责任链模式（Chain of Responsibility）

📌 应用场景

请求的层层处理
解耦请求发送者与处理者

🔧 核心实现

FilterChain：Servlet 规范中的过滤器链
HandlerInterceptor：Spring MVC 拦截器链

💡 示例：Filter Chain

@Component
public class AuthFilter implements Filter {
@Override
public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain) {
// 前置处理：认证检查
if (!isValidToken(req)) {
((HttpServletResponse) res).sendError(401);
return;
}

    chain.doFilter(req, res); // 传递给下一个 Filter
    
    // 后置处理：记录日志
    log.info("Request processed");
}
}

🔁 执行流程

Client → [Filter1] → [Filter2] → ... → [Servlet] → ... → [Filter2] → [Filter1] → Client

📊 设计模式速查表

设计模式	Spring Boot 应用场景	关键组件/注解	适用问题
工厂模式	Bean 创建与管理	@Bean, ApplicationContext	对象创建耦合
单例模式	默认 Bean 作用域	@Scope("singleton")	资源浪费、状态共享
代理模式	AOP（事务/缓存/安全）	@Transactional, CGLIB	横切关注点侵入业务
模板方法	JdbcTemplate, RedisTemplate	JdbcTemplate	重复样板代码
观察者模式	事件驱动	@EventListener, ApplicationEvent	模块间强耦合
策略模式	多实现动态选择	Map(String, T), @Qualifier	复杂条件分支
装饰器模式	HttpServletRequest 增强	HttpServletRequestWrapper	静态继承导致类爆炸
适配器模式	HandlerAdapter, 日志门面	HandlerAdapter	接口不兼容
建造者模式	RestTemplateBuilder, WebClient	RestTemplateBuilder	复杂对象构造
责任链模式	Filter, Interceptor	FilterChain	请求处理逻辑分散

💡 实践建议

优先使用 Spring 内置模式
- 如需事务 → 用 @Transactional（代理模式），而非手动 try-catch
避免过度设计
- 简单场景无需强行套用模式（如只有两个策略时，if-else 更清晰）
结合业务场景选择
- 高频变化的算法 → 策略模式
- 需要记录操作日志 → 代理模式 + 观察者模式
- 多步骤固定流程 → 模板方法
阅读 Spring 源码加深理解
- AbstractAutowireCapableBeanFactory（工厂+单例）
- JdkDynamicAopProxy（代理）
- ApplicationEventMulticaster（观察者）

🌟 记住：设计模式是手段，不是目的。目标是写出高内聚、低耦合、易维护的代码。

文档版本：v1.0

适用 Spring Boot 版本：2.x / 3.x

最后更新：2026年1月

Spring Boot 常见设计模式应用详解​

1. 工厂模式（Factory Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例​

✅ 优势​

2. 单例模式（Singleton Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例​

⚠️ 注意事项​

3. 代理模式（Proxy Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例​

🔍 验证代理​

4. 模板方法模式（Template Method Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例：RedisTemplate​

1：基础用法（显式回调）​

2：Lambda 表达式（推荐）​

复杂操作（Hash 操作）​

🌟 其他应用​

5. 观察者模式（Observer Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例​

🌐 内置事件​

6. 策略模式（Strategy Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例：支付方式​

🌟 典型应用​

7. 装饰器模式（Decorator Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例：参数解密​

8. 适配器模式（Adapter Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 手写一个适配器模式示例​

1：定义目标接口（新版）​

2：旧版接口（旧版）​

3：创建适配器​

4：使用适配器​

如果有多个实现？怎么办？​

用 @Primary 指定首选​

用 @Qualifier 指定​

按条件注册（高级）​

yml中配置​

🌐 其他应用​

9. 建造者模式（Builder Pattern）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例：RestTemplateBuilder​

🌟 其他应用​

10. 责任链模式（Chain of Responsibility）​

📌 应用场景​

🔧 核心实现​

💡 示例：Filter Chain​

🔁 执行流程​

📊 设计模式速查表​

💡 实践建议​

Spring Boot 常见设计模式应用详解

1. 工厂模式（Factory Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例

✅ 优势

2. 单例模式（Singleton Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例

⚠️ 注意事项

3. 代理模式（Proxy Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例

🔍 验证代理

4. 模板方法模式（Template Method Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例：RedisTemplate

1：基础用法（显式回调）

2：Lambda 表达式（推荐）

复杂操作（Hash 操作）

🌟 其他应用

5. 观察者模式（Observer Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例

🌐 内置事件

6. 策略模式（Strategy Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例：支付方式

🌟 典型应用

7. 装饰器模式（Decorator Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例：参数解密

8. 适配器模式（Adapter Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 手写一个适配器模式示例

1：定义目标接口（新版）

2：旧版接口（旧版）

3：创建适配器

4：使用适配器

如果有多个实现？怎么办？

用 @Primary 指定首选

用 @Qualifier 指定

按条件注册（高级）

yml中配置

🌐 其他应用

9. 建造者模式（Builder Pattern）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例：RestTemplateBuilder

🌟 其他应用

10. 责任链模式（Chain of Responsibility）

📌 应用场景

🔧 核心实现

💡 示例：Filter Chain

🔁 执行流程

📊 设计模式速查表

💡 实践建议