面试题：C#中多种设计模式在大型分布式系统架构中的协同应用

1. 代理模式

应用场景：在用户认证模块中，为了保护核心认证逻辑不被直接访问，并且可以在访问前后添加额外逻辑（如日志记录、权限检查等），可以使用代理模式。
C#代码片段：

public interface IUserAuthenticator
{
    bool Authenticate(string username, string password);
}

public class UserAuthenticator : IUserAuthenticator
{
    public bool Authenticate(string username, string password)
    {
        // 实际认证逻辑
        return username == "admin" && password == "123456";
    }
}

public class UserAuthenticatorProxy : IUserAuthenticator
{
    private readonly IUserAuthenticator _authenticator;

    public UserAuthenticatorProxy()
    {
        _authenticator = new UserAuthenticator();
    }

    public bool Authenticate(string username, string password)
    {
        Console.WriteLine($"尝试认证用户: {username}");
        bool result = _authenticator.Authenticate(username, password);
        Console.WriteLine($"认证结果: {result}");
        return result;
    }
}

在系统中的作用：通过代理模式，在不修改原有认证逻辑的基础上，增加了额外的功能，提高了系统的可维护性。同时，如果认证逻辑有变化，只需要修改UserAuthenticator类，代理类不需要大量修改，提高了可扩展性。

2. 观察者模式

应用场景：在订单处理模块中，当订单状态发生变化时，可能需要通知多个其他模块（如库存模块更新库存、物流模块安排发货等）。此时可以使用观察者模式。
C#代码片段：

public delegate void OrderStatusChangedEventHandler(Order order);

public class Order
{
    private string _status;
    public event OrderStatusChangedEventHandler StatusChanged;

    public string Status
    {
        get => _status;
        set
        {
            _status = value;
            StatusChanged?.Invoke(this);
        }
    }
}

public class InventoryModule
{
    public void UpdateInventory(Order order)
    {
        Console.WriteLine($"库存模块: 订单 {order} 状态改变，更新库存。");
    }
}

public class LogisticsModule
{
    public void ArrangeDelivery(Order order)
    {
        Console.WriteLine($"物流模块: 订单 {order} 状态改变，安排发货。");
    }
}

使用示例：

class Program
{
    static void Main()
    {
        Order order = new Order();
        InventoryModule inventory = new InventoryModule();
        LogisticsModule logistics = new LogisticsModule();

        order.StatusChanged += inventory.UpdateInventory;
        order.StatusChanged += logistics.ArrangeDelivery;

        order.Status = "已支付";
    }
}

在系统中的作用：观察者模式使得订单处理模块与其他依赖模块解耦，当有新的模块需要监听订单状态变化时，只需要注册为观察者即可，提高了系统的可扩展性。同时，各个模块的职责更加清晰，便于维护。

3. 单例模式

应用场景：数据缓存模块通常需要在整个应用程序中共享，以确保数据的一致性和避免重复创建缓存实例带来的性能开销，适合使用单例模式。
C#代码片段：

public class DataCache
{
    private static DataCache _instance;
    private static readonly object _lock = new object();
    private Dictionary<string, object> _cache = new Dictionary<string, object>();

    private DataCache()
    {
    }

    public static DataCache Instance
    {
        get
        {
            if (_instance == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_instance == null)
                    {
                        _instance = new DataCache();
                    }
                }
            }
            return _instance;
        }
    }

    public void Set(string key, object value)
    {
        _cache[key] = value;
    }

    public object Get(string key)
    {
        return _cache.ContainsKey(key)? _cache[key] : null;
    }
}

在系统中的作用：单例模式保证了数据缓存实例在整个应用程序中唯一，避免了资源浪费，提高了性能。同时，由于只有一个实例，所有模块对缓存的操作都是一致的，便于维护和管理。

三种设计模式的交互

在实际系统中，代理模式中的UserAuthenticatorProxy在认证成功后，可以使用单例模式的DataCache.Instance将认证信息缓存起来，减少后续认证请求的处理时间，提高性能。
当订单处理模块中的订单状态改变时，通过观察者模式通知相关模块。例如，库存模块在更新库存前，可以先从单例的DataCache.Instance中获取当前库存信息，避免重复查询数据库，提高系统性能。同时，库存模块和物流模块也可以通过代理模式来访问订单处理模块，在访问前后添加日志记录等额外逻辑。这样，三种设计模式相互协作，共同优化系统架构，提高系统的可扩展性、可维护性和性能。

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面试题：C#中多种设计模式在大型分布式系统架构中的协同应用

知识考点

面试题答案

1. 代理模式

2. 观察者模式

3. 单例模式

三种设计模式的交互