为什么要学习设计模式

- 日理万妓 2023-07-10 11:15 28阅读 0赞

写出可维护、可复用、可扩展及灵活的代码是我们的目的，也是学习设计模式的理由，但是这个理由对我们来说太抽象，下面从「读」和「写」两方面来说明到底为什么要学习设计模式。

#### 读 ####

作为开发人员，不可避免地要接触其他人写的代码，有的是一些知名的库或框架，例如 Spring 、Shiro 等。但是当我们去阅读这些框架源码的时候会发现无从下手，因为类太多了，关系太复杂，而且很多类的命名看不懂，比如  xxxBuilder 、xxxStrategy 、xxxFilter 等，一个词看不懂就可能导致你直接放弃继续阅读。

如果没有学过设计模式，自然看不懂。**学习设计模式可以有效地帮助你阅读代码**，即便不能百分百帮到你，至少也能帮到百分之三四十。

#### 写 ####

每一个开发人员必然喷过其他人写的代码，觉得其他人的代码有的写得很垃圾，尤其是要扩展功能或者修改功能的时候，恨不得全部删掉重新写。其实在其他人看来你的代码也是如此。

在一个项目中，如果大家都学习过设计模式，那么**每个人在阅读或修改同事写的代码时都会更加得心应手**。

面向对象的程序应该具有可维护性，代码可复用性，扩展性以及灵活性。为了实现以上目的，前辈们从实践中总结出了一套可套用的武功招式，这就是设计模式。使用设计模式可以让你写出一手令人赏心悦目的代码。

我认为每一个后端开发者都应该学习设计模式，它是代码的精华，是程序发展的强力支撑，是能够让你发出惊叹的神来之笔。

### 设计模式分类 ###

设计模式总共有 23 种，总体来说可以分为三大类：创建型模式（Creational Patterns）、结构型模式（Structural Patterns）和行为型模式（Behavioral Patterns）。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>分类</th> 
   <th>关注点</th> 
   <th>包含</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>创建型模式</td> 
   <td>关注于对象的创建，同时隐藏创建逻辑</td> 
   <td>工厂模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>结构型模式</td> 
   <td>关注类和对象之间的组合</td> 
   <td>适配器模式、过滤器模式、装饰模式、享元模式、代理模式、外观模式、组合模式、桥接模式</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>行为型模式</td> 
   <td>关注对象之间的通信</td> 
   <td>责任链模式、命令模式、中介者模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板模式、空对象模式、备忘录模式、迭代器模式、解释器模式、访问者模式</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

以下我们将以行为型模式中的策略模式为例，尝试从生活例子中去理解设计模式，并通过实际案例去了解这种设计模式的使用场景。

### 策略模式概述 ###

行为型模式中的策略模式定义了算法族，分别封装起来，让他们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

一般情况下我们是将一种行为写成一个类方法，比如计算器类中有加、减、乘、除四种方法，而策略模式则是将每一种算法都写成一个类，然后动态地选择使用哪一个算法。

这里所说的算法并不是指 「冒泡排序算法」 、「搜索算法」 之类的算法，它可以是一段代码、一个请求、一个业务操作。

策略模式如图：

![format_png][]

从上图可以看到，我们将操作封装到类中，他们实现了同一个接口，然后在 Context 中调用。

这里我们举一个计算器的例子：

![format_png 1][]

此例中，为加法和减法分别创建了一个类。

其实策略不一定要命名为 Strategy ，Context 不一定要叫 Context ，可以根据实际情况自己命名，在计算器的例子中，你如果非要命名为 Strategy 和 Context ，反而让人产生疑惑。

实际代码也很简单，具体如下。

Operation 接口：

public interface Operation {
        public int doOperation(int num1, int num2);
    }

两个实现类 —— 加法和减法：

public class OperationAdd implements Operation{
        @Override
        public int doOperation(int num1, int num2) {
            return num1 + num2;
        }
    }
    
    public class OperationSub implements Operation {
        @Override
        public int doOperation(int num1, int num2) {
            return num1 - num2;
        }
    }

计算器类：

public class Calculator {
        private Operation operation;
    
        public void setOperation(Operation operation){
            this.operation = operation;
        }
    
        public int doOperation(int num1, int num2){
            return this.operation.doOperation(num1,num2);
        }
    }

使用：

Calculator calculator = new Calculator();
    calculator.setOperation(new OperationAdd());
    int result = calculator.doOperation(1,2);
    System.out.println(result);

使用计算器类时，如果要进行加法运算，就 New 一个加法类传入，减法也是同理。

看到这里，相信大家一定会有疑惑，为什么要把加、减、乘、除四则运算分别封装到类中？直接在 Calculator 中写 add() 、sub() 等方法不是更方便吗？甚至如果要添加其他的运算方法，每次都要创建一个类，反而更麻烦。

的确，用了策略模式之后代码比普通写法多了一些，但是这里假设一种场景：把写好的计算器代码打包好作为一个库发布出去给其他人用，其他人发现你的计算器中只有加、减、乘、除四个方法，而他想增加平方、开方等功能，怎么办？

如果是用普通写法写的计算器，想要增加功能唯一的办法就是修改你写好的 Calculator ，增加平方和开方两个 method 。

可是你提供的是一个 jar 包啊，jar 包，jar…jar…jar…jar…包……

就算你提供的是源码，你希望其他人可以随意修改你写好的代码吗？一般我们发布出去的开源框架或库都是经过千锤百炼、经过测试的代码，其他人随意修改我们的源码很容易产生不可预知的错误。

如果你用的是策略模式，那么其他人想要增加平方或开平方功能，只需要自己定义一个类实现你的 Operation 接口，然后调用 calculator.setOperation(new 平方类());  即可。

看到这里相信你已经对策略模式有了一定的好感，甚至惊叹一声：哇，还有这种操作？

顺便提一嘴，这里很好的体现了一个设计模式的基本原则：开闭原则。开闭原则说的是」 对修改关闭、对扩展开放 「。对修改关闭就是不希望别人修改我们的代码，此路不通，对扩展开放就是希望别人以扩展的方式增加功能，策略模式把开闭原则体现得淋漓尽致。

![format_png 2][]

### 实际案例 ###

#### 1. 主题 ####

隔壁老王准备开发一个客户端框架，允许其他的开发者进行二次开发，其中有一个更换主题的功能，开发者们可以自己定义主题。老王很快就想到了策略模式，并且提供了一个默认主题 DefaultTheme ：

![format_png 3][]

代码：

public interface Theme {
        public void showTheme();
    }
    
    public class DefaultTheme implements Theme {
        @Override
        public void showTheme() {
            //此处设置主题颜色，背景，字体等
            System.out.println("显示默认主题");
        }
    }
    public class ThemeManager {
    
        private Theme theme;
    
        public void setTheme(Theme theme){
            this.theme = theme;
        }
    
        public void showTheme(){
            this.theme.showTheme();
        }
    }

使用：

ThemeManager themeManager = new ThemeManager();
    themeManager.setTheme(new DefaultTheme());
    themeManager.showTheme();

看完更换主题的案例代码，你会发现跟计算器惊人地相似，没错，所谓设计模式就是前人总结出来的武功套路，经常可以直接套用。当然也要灵活地根据实际情况进行修改，设计模式想要传达给我们的更多的是一种编程思想。

这里还有一个小窍门：

`themeManager.setTheme(new DefaultTheme());`

在这里老王 New 一个默认主题对象，如果其他开发者加了主题，还要修改这行代码，New 开发者自定义的主题对象。根据开闭原则，我们不希望其他人修改我们的任何一行代码，否则拔刀相见。老王机智地将主题的包名和类名写到了配置文件中，利用 Java 的反射机制动态生成主题对象，因此更换主题也只要修改配置文件即可。

#### 2. Shiro ####

Shiro 是 Java 界最著名的权限控制框架之一，相信大家都不陌生。在 Shiro 中，我们可以创建多个权限验证器进行权限验证，如验证器 A、验证器 B、验证器 C，三个验证器可以同时生效。

那么就产生了一个问题，如果验证器 A 验证通过，B 验证不通过，C 验证通过，这种情况怎么办？到底算当前用户验证通过还是不通过呢？

Shiro 给我们提供了三种验证策略，就像老王默认提供了一种主题一样：

*  AtLeastOneSuccessfulStrategy ：只要有一个验证通过，那么最终验证结果就是通过。
 *  FirstSuccessfulStrategy ：只有第一个成功地验证的 Realm 返回的信息将被使用，所有进一步的 Realm 将被忽略，如果没有一个验证成功，则整体尝试失败。
 *  AllSucessfulStrategy ：所有验证器都必须验证成功。

如果你不熟悉 Shiro ，看不懂上面三种策略的含义，没关系，本专栏内容讲的是设计模式，而不是 Shiro 的使用，你只要知道 Shiro 默认为我们提供了三种策略即可。

作为开发者，在使用 Shiro 的时候，Shiro 默认的策略未必符合我们的需求，比如我们要求三个验证器中通过两个才算通过，怎么办？很简单，Shiro 这里用的也是策略模式，我们只要自定义一个 MyAuthenticationStrategy 继承 Shiro 的 AbstractAuthenticationStrategy 。咦？前面不是说实现接口吗，这里怎么是继承？变通，要懂得变通。设计模式不是一成不变的，重要的是这种编程思想。

然后在 MyAuthenticationStrategy 实现父类要求的方法，再修改配置文件将当前验证策略改为你定义的验证策略：

authcStrategy = 你的包名.MyAuthenticationStrategy

### 总结 ###

#### 1. 优点 ####

讲完上面的例子，优点已经十分明显了，那就是遵循了开闭原则，扩展性良好。

#### 2. 缺点 ####

*  随着你的策略增加，你的类也会越来越多。
 *  所有的策略类都要暴露出去，所以如果你在实际开发中使用了策略模式，一定要记得写好文档让你的伙伴们知道已有哪些策略。就像 Shiro 默认提供了三种验证策略，就必须在文档中写清楚，否则我们根本不知道如何使用。

当然，权衡利弊，跟优点比起来，这些缺点都不算事儿。

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