面试题：Java设计模式与最佳实践的结合应用

使用的设计模式

单例模式：用于确保缓存模块在整个应用中只有一个实例，避免重复创建缓存实例造成资源浪费。在Java中，可以使用静态内部类实现线程安全的单例模式。例如：

public class Cache {
    private static class CacheHolder {
        private static final Cache INSTANCE = new Cache();
    }
    private Cache() {}
    public static Cache getInstance() {
        return CacheHolder.INSTANCE;
    }
}

代理模式：可以通过代理模式在访问缓存数据时进行一些预处理和后处理操作。比如，在获取缓存数据前检查缓存是否过期，如果过期则通过代理去更新缓存。动态代理可以在运行时动态生成代理类，增强缓存操作的功能。例如：

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

public class CacheProxy implements InvocationHandler {
    private Object target;
    public CacheProxy(Object target) {
        this.target = target;
    }
    public Object getProxy() {
        return Proxy.newProxyInstance(
                target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(),
                this);
    }
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 检查缓存是否过期
        if (isCacheExpired()) {
            updateCache();
        }
        return method.invoke(target, args);
    }
    private boolean isCacheExpired() {
        // 具体过期判断逻辑
        return false;
    }
    private void updateCache() {
        // 缓存更新逻辑
    }
}

观察者模式：当缓存数据过期时，使用观察者模式通知相关的组件进行缓存更新。定义一个主题（缓存）和多个观察者（需要更新缓存的组件），当主题状态改变（缓存过期）时，通知所有观察者。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 主题接口
interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}

// 观察者接口
interface Observer {
    void update();
}

// 具体主题（缓存）
class CacheSubject implements Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private boolean isExpired;

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        if (isExpired) {
            for (Observer o : observers) {
                o.update();
            }
        }
    }

    public void setExpired(boolean expired) {
        isExpired = expired;
        notifyObservers();
    }
}

// 具体观察者
class CacheObserver implements Observer {
    @Override
    public void update() {
        // 执行缓存更新操作
    }
}

与Java最佳实践结合

高性能：
- 使用高效的缓存数据结构，如ConcurrentHashMap，在多线程环境下提供高效的读写操作。
- 采用异步更新缓存的方式，避免在主线程中进行长时间的缓存更新操作，影响系统响应速度。例如，使用CompletableFuture来异步执行缓存更新任务。

CompletableFuture.runAsync(() -> {
    // 缓存更新逻辑
});

可维护性：
- 遵循代码规范，对缓存模块的代码进行清晰的模块化设计。将缓存的初始化、读取、写入、过期处理等功能分别封装到不同的方法或类中，提高代码的可读性和可维护性。
- 使用日志记录缓存操作的关键信息，如缓存命中、过期、更新等，方便调试和排查问题。例如，使用SLF4J和Logback进行日志记录。

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class Cache {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Cache.class);
    public void getFromCache(String key) {
        // 缓存读取逻辑
        logger.info("Cache hit for key: {}", key);
    }
}

可扩展性：
- 采用接口驱动的设计方式，使缓存模块可以方便地替换不同的缓存实现，如从内存缓存切换到分布式缓存（如Redis）。定义统一的缓存接口，具体的缓存实现类实现该接口。

public interface CacheService {
    Object get(String key);
    void put(String key, Object value);
}

public class MemoryCacheService implements CacheService {
    // 内存缓存实现
}

public class RedisCacheService implements CacheService {
    // Redis缓存实现
}

- 支持动态扩展缓存容量和缓存策略。例如，通过配置文件或管理接口动态调整缓存的最大容量、过期时间等参数。

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面试题：Java设计模式与最佳实践的结合应用

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面试题答案

使用的设计模式

与Java最佳实践结合