面试题：Java多态与设计模式结合对代码可维护性的深度影响

Question

以策略模式和Java多态为例，详细阐述它们结合后如何显著提高代码的可维护性。同时分析在高并发、分布式系统场景下，这种结合可能面临的挑战以及如何应对。

Answer 1

策略模式与Java多态结合提高代码可维护性

1. 策略模式概述：策略模式定义了一系列算法，将每个算法封装起来，使它们可以相互替换。在Java中，通常通过接口和实现类来实现。例如，定义一个支付策略接口 PaymentStrategy，并创建具体的支付实现类 AliPayStrategy、WeChatPayStrategy 等。
2. Java多态的作用：Java多态允许使用一个父类类型的变量引用不同子类类型的对象，根据对象实际类型调用相应的方法。在策略模式中，利用多态特性，我们可以通过父类接口类型（如 PaymentStrategy）来操作不同的具体策略实现类（如 AliPayStrategy、WeChatPayStrategy）。
3. 提高可维护性的体现
   • 易于扩展：当需要添加新的支付方式时，只需创建一个新的实现 PaymentStrategy 接口的类，而无需修改现有代码。例如，新增 ApplePayStrategy，只需要实现接口方法，在使用处可以像其他策略一样调用，符合开闭原则。
   • 易于理解和维护：每个具体策略类负责自己的业务逻辑，代码职责清晰。例如，AliPayStrategy 专注于支付宝支付逻辑，WeChatPayStrategy 专注于微信支付逻辑，当出现问题时，只需要在对应的策略类中排查，而不是在复杂的业务逻辑中寻找特定支付方式的代码片段。

高并发、分布式系统场景下的挑战及应对

1. 挑战
   • 线程安全问题：多个线程可能同时访问和修改共享资源。例如，在支付策略中，如果存在共享的支付状态变量，可能会出现数据不一致问题。
   • 分布式环境下的一致性问题：在分布式系统中，不同节点可能持有不同版本的策略配置，导致策略执行结果不一致。
   • 性能问题：在高并发场景下，频繁的策略切换和对象创建可能会带来性能开销。
2. 应对措施
   • 线程安全方面：
     • 使用线程安全的类和数据结构，如 ConcurrentHashMap 来存储共享数据。
     • 对共享资源的访问进行同步控制，例如使用 synchronized 关键字或 ReentrantLock。
   • 分布式一致性方面：
     • 使用分布式配置中心，如Spring Cloud Config、Apollo等，确保所有节点获取到一致的策略配置。
     • 引入分布式锁，如基于Redis或Zookeeper的分布式锁，保证在策略更新时所有节点的一致性。
   • 性能方面：
     • 使用对象池技术，减少频繁的对象创建和销毁。例如，创建 PaymentStrategy 对象池，重复利用对象。
     • 对策略执行逻辑进行优化，避免不必要的计算和I/O操作。