设计模式与 UML

这一课你将能做到

1. 识别创建型、结构型、行为型三类 GoF 模式的典型场景，写出单例、工厂、策略、模板方法、观察者的 Java 实现
2. 看懂并画出简单 UML 类图：类、接口、继承、实现、组合、依赖六种关系
3. 解释依赖注入（DI）与控制反转（IoC），说明 Spring 容器如何把模式「内置」进框架

为什么要学

设计模式不是炫技名词，而是「前辈反复踩坑后总结的标准结构」。当代码里出现这些信号：对象创建逻辑到处复制、新增一种判题语言要改五个文件、模块之间互相 new 死对方、状态变化要通知十个子系统——对应的模式已经在敲门了。

判题平台里模式密集：多语言编译执行（工厂 + 策略）、判题流程固定步骤（模板方法）、提交后触发统计与推送（观察者/事件）、配置类全局唯一（单例思想）。而 Spring 本身就是模式的集大成者：Bean 容器、依赖注入、AOP 代理、JdbcTemplate。学会模式，你读框架源码和设计可扩展代码的能力会同时上台阶。

先建立图像

GoF 23 模式三大类（先掌握每类最常用的）
创建型：把「对象怎么来」封装起来
  单例 Singleton   全局一个实例（日志/配置）
  工厂 Factory     屏蔽具体类型（按语言创建 Java/C++/Go 编译器）
  建造者 Builder   分步构造复杂对象（题目：描述+样例+限制）
结构型：把类/对象组合成更大结构
  适配器 Adapter   接口转换（新旧判题接口共存）
  装饰器 Decorator  不改正文加能力（IO 流、缓存包装）
  代理 Proxy       控制访问（Spring AOP、懒加载）
行为型：分配职责与通信
  策略 Strategy    一族算法可互换（多语言判题/多种限流算法）
  模板方法 Template 父类定骨架，子类填空
  观察者 Observer  状态变化自动通知（提交事件→统计+推送）

UML 关系强度（由弱到强）
依赖 ···▶（临时用一下）  关联 ──▶（持有）
聚合 ◇──▶（整体与部分，可分离）  组合 ◆──▶（同生共死）
实现 ──|▶（接口）        泛化 ──▷（继承）

跟着做

步骤 1：工厂 + 策略支撑多语言判题

// 策略接口：各种语言的执行逻辑可互换
interface JudgeStrategy {
    String language();
    String compile(String sourceFile);
    String runCommand();
}

class JavaJudge implements JudgeStrategy {
    public String language() { return "java"; }
    public String compile(String src) { return "javac " + src; }
    public String runCommand() { return "java Main"; }
}

class CppJudge implements JudgeStrategy {
    public String language() { return "cpp"; }
    public String compile(String src) { return "g++ -o main " + src; }
    public String runCommand() { return "./main"; }
}

// 工厂：根据用户选择的语言产出策略，调用方不认识具体类
class JudgeStrategyFactory {
    private final Map<String, JudgeStrategy> strategies = new java.util.HashMap<>();

    JudgeStrategyFactory(java.util.List<JudgeStrategy> all) {
        all.forEach(s -> strategies.put(s.language(), s));
    }

    JudgeStrategy create(String language) {
        JudgeStrategy strategy = strategies.get(language);
        if (strategy == null) {
            throw new IllegalArgumentException("暂不支持的语言: " + language);
        }
        return strategy;
    }
}

public class JudgeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        JudgeStrategyFactory factory =
                new JudgeStrategyFactory(java.util.List.of(new JavaJudge(), new CppJudge()));

        JudgeStrategy strategy = factory.create("java");
        System.out.println(strategy.compile("Main.java"));
        System.out.println(strategy.runCommand());
    }
}