JDK中的设计模式详解

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-10-13 23:35 34阅读 0赞

## 行为型模式 ##

行为型模式关注的是各个类之间的相互作用，将职责划分清楚，使得我们的代码更加地清晰。

## 策略模式 ##

策略模式太常用了，所以把它放到最前面进行介绍。它比较简单，我就不废话，直接用代码说事吧。

下面设计的场景是，我们需要画一个图形，可选的策略就是用红色笔来画，还是绿色笔来画，或者蓝色笔来画。

首先，先定义一个策略接口：

> public interface Strategy \{
> 
> public void draw(int radius, int x, int y);
> 
> \}
> 
> 然后我们定义具体的几个策略：
> 
> public class RedPen implements Strategy \{
> 
> @Override
> 
> public void draw(int radius, int x, int y) \{
> 
> System.out.println("用红色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
> 
> \}
> 
> \}
> 
> public class GreenPen implements Strategy \{
> 
> @Override
> 
> public void draw(int radius, int x, int y) \{
> 
> System.out.println("用绿色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
> 
> \}
> 
> \}
> 
> public class BluePen implements Strategy \{
> 
> @Override
> 
> public void draw(int radius, int x, int y) \{
> 
> System.out.println("用蓝色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
> 
> \}
> 
> \}

使用策略的类：

> public class Context \{
> 
> private Strategy strategy;
> 
> public Context(Strategy strategy)\{
> 
> this.strategy = strategy;
> 
> \}
> 
> public int executeDraw(int radius, int x, int y)\{
> 
> return strategy.draw(radius, x, y);
> 
> \}
> 
> \}

客户端演示：

> public static void main(String\[\] args) \{
> 
> Context context = new Context(new BluePen()); // 使用绿色笔来画
> 
> context.executeDraw(10, 0, 0);
> 
> \}

放到一张图上，让大家看得清晰些：

![32fa545144e94fcb988e9aa050dde35c.webp][]

![Image 1][]

这个时候，大家有没有联想到结构型模式中的桥梁模式，它们其实非常相似，我把桥梁模式的图拿过来大家对比下：

![e47a75ee9a84403b9ad1446ae01a2006.webp][]

![Image 1][]

要我说的话，它们非常相似，桥梁模式在左侧加了一层抽象而已。桥梁模式的耦合更低，结构更复杂一些。

观察者模式

观察者模式对于我们来说，真是再简单不过了。无外乎两个操作，观察者订阅自己关心的主题和主题有数据变化后通知观察者们。

首先，需要定义主题，每个主题需要持有观察者列表的引用，用于在数据变更的时候通知各个观察者：

> public class Subject \{
> 
> private List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>();
> 
> private int state;
> 
> public int getState() \{
> 
> return state;
> 
> \}
> 
> public void setState(int state) \{
> 
> this.state = state;
> 
> // 数据已变更，通知观察者们
> 
> notifyAllObservers();
> 
> \}
> 
> public void attach(Observer observer)\{
> 
> observers.add(observer);
> 
> \}
> 
> // 通知观察者们
> 
> public void notifyAllObservers()\{
> 
> for (Observer observer : observers) \{
> 
> observer.update();
> 
> \}
> 
> \}
> 
> \}

定义观察者接口：

> public abstract class Observer \{
> 
> protected Subject subject;
> 
> public abstract void update();
> 
> \}

其实如果只有一个观察者类的话，接口都不用定义了，不过，通常场景下，既然用到了观察者模式，我们就是希望一个事件出来了，会有多个不同的类需要处理相应的信息。比如，订单修改成功事件，我们希望发短信的类得到通知、发邮件的类得到通知、处理物流信息的类得到通知等。

我们来定义具体的几个观察者类：

> public class BinaryObserver extends Observer \{
> 
> // 在构造方法中进行订阅主题
> 
> public BinaryObserver(Subject subject) \{
> 
> this.subject = subject;
> 
> // 通常在构造方法中将 this 发布出去的操作一定要小心
> 
> this.subject.attach(this);
> 
> \}
> 
> // 该方法由主题类在数据变更的时候进行调用
> 
> @Override
> 
> public void update() \{
> 
> String result = Integer.toBinaryString(subject.getState());
> 
> System.out.println("订阅的数据发生变化，新的数据处理为二进制值为：" + result);
> 
> \}
> 
> \}
> 
> public class HexaObserver extends Observer \{
> 
> public HexaObserver(Subject subject) \{
> 
> this.subject = subject;
> 
> this.subject.attach(this);
> 
> \}
> 
> @Override
> 
> public void update() \{
> 
> String result = Integer.toHexString(subject.getState()).toUpperCase();
> 
> System.out.println("订阅的数据发生变化，新的数据处理为十六进制值为：" + result);
> 
> \}
> 
> \}

客户端使用也非常简单：

> public static void main(String\[\] args) \{
> 
> // 先定义一个主题
> 
> Subject subject1 = new Subject();
> 
> // 定义观察者
> 
> new BinaryObserver(subject1);
> 
> new HexaObserver(subject1);
> 
> // 模拟数据变更，这个时候，观察者们的 update 方法将会被调用
> 
> subject.setState(11);
> 
> \}

**output:**

> 订阅的数据发生变化，新的数据处理为二进制值为：1011
> 
> 订阅的数据发生变化，新的数据处理为十六进制值为：B

当然，jdk 也提供了相似的支持，具体的大家可以参考 java.util.Observable 和 java.util.Observer 这两个类。

实际生产过程中，观察者模式往往用消息中间件来实现，如果要实现单机观察者模式，笔者建议读者使用 Guava 中的 EventBus，它有同步实现也有异步实现，本文主要介绍设计模式，就不展开说了。

## 责任链模式 ##

责任链通常需要先建立一个单向链表，然后调用方只需要调用头部节点就可以了，后面会自动流转下去。比如流程审批就是一个很好的例子，只要终端用户提交申请，根据申请的内容信息，自动建立一条责任链，然后就可以开始流转了。

有这么一个场景，用户参加一个活动可以领取奖品，但是活动需要进行很多的规则校验然后才能放行，比如首先需要校验用户是否是新用户、今日参与人数是否有限额、全场参与人数是否有限额等等。设定的规则都通过后，才能让用户领走奖品。

如果产品给你这个需求的话，我想大部分人一开始肯定想的就是，用一个 List 来存放所有的规则，然后 foreach 执行一下每个规则就好了。不过先别急，看看责任链模式和我们说的这个有什么不一样？

首先，我们要定义流程上节点的基类：

> public abstract class RuleHandler \{
> 
> // 后继节点
> 
> protected RuleHandler successor;
> 
> public abstract void apply(Context context);
> 
> public void setSuccessor(RuleHandler successor) \{
> 
> this.successor = successor;
> 
> \}
> 
> public RuleHandler getSuccessor() \{
> 
> return successor;
> 
> \}
> 
> \}

接下来，我们需要定义具体的每个节点了。

校验用户是否是新用户：

> public class NewUserRuleHandler extends RuleHandler \{
> 
> public void apply(Context context) \{
> 
> if (context.isNewUser()) \{
> 
> // 如果有后继节点的话，传递下去
> 
> if (this.getSuccessor() != null) \{
> 
> this.getSuccessor().apply(context);
> 
> \}
> 
> \} else \{
> 
> throw new RuntimeException("该活动仅限新用户参与");
> 
> \}
> 
> \}
> 
> \}

校验用户所在地区是否可以参与：

> public class LocationRuleHandler extends RuleHandler \{
> 
> public void apply(Context context) \{
> 
> boolean allowed = activityService.isSupportedLocation(context.getLocation);
> 
> if (allowed) \{
> 
> if (this.getSuccessor() != null) \{
> 
> this.getSuccessor().apply(context);
> 
> \}
> 
> \} else \{
> 
> throw new RuntimeException("非常抱歉，您所在的地区无法参与本次活动");
> 
> \}
> 
> \}
> 
> \}

校验奖品是否已领完：

> public class LimitRuleHandler extends RuleHandler \{
> 
> public void apply(Context context) \{
> 
> int remainedTimes = activityService.queryRemainedTimes(context); // 查询剩余奖品
> 
> if (remainedTimes > 0) \{
> 
> if (this.getSuccessor() != null) \{
> 
> this.getSuccessor().apply(userInfo);
> 
> \}
> 
> \} else \{
> 
> throw new RuntimeException("您来得太晚了，奖品被领完了");
> 
> \}
> 
> \}
> 
> \}

客户端：

> public static void main(String\[\] args) \{
> 
> RuleHandler newUserHandler = new NewUserRuleHandler();
> 
> RuleHandler locationHandler = new LocationRuleHandler();
> 
> RuleHandler limitHandler = new LimitRuleHandler();
> 
> // 假设本次活动仅校验地区和奖品数量，不校验新老用户
> 
> locationHandler.setSuccessor(limitHandler);
> 
> locationHandler.apply(context);
> 
> \}

代码其实很简单，就是先定义好一个链表，然后在通过任意一节点后，如果此节点有后继节点，那么传递下去。

至于它和我们前面说的用一个 List 存放需要执行的规则的做法有什么异同，留给读者自己琢磨吧。

## 模板方法模式 ##

在含有继承结构的代码中，模板方法模式是非常常用的，这也是在开源代码中大量被使用的。

通常会有一个抽象类：

> public abstract class AbstractTemplate \{
> 
> // 这就是模板方法
> 
> public void templateMethod()\{
> 
> init();
> 
> apply(); // 这个是重点
> 
> end(); // 可以作为钩子方法
> 
> \}
> 
> protected void init() \{
> 
> System.out.println("init 抽象层已经实现，子类也可以选择覆写");
> 
> \}
> 
> // 留给子类实现
> 
> protected abstract void apply();
> 
> protected void end() \{
> 
> \}
> 
> \}

模板方法中调用了 3 个方法，其中 apply() 是抽象方法，子类必须实现它，其实模板方法中有几个抽象方法完全是自由的，我们也可以将三个方法都设置为抽象方法，让子类来实现。也就是说，模板方法只负责定义第一步应该要做什么，第二步应该做什么，第三步应该做什么，至于怎么做，由子类来实现。

我们写一个实现类：

> public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate \{
> 
> public void apply() \{
> 
> System.out.println("子类实现抽象方法 apply");
> 
> \}
> 
> public void end() \{
> 
> System.out.println("我们可以把 method3 当做钩子方法来使用，需要的时候覆写就可以了");
> 
> \}
> 
> \}

客户端调用演示：

> public static void main(String\[\] args) \{
> 
> AbstractTemplate t = new ConcreteTemplate();
> 
> // 调用模板方法
> 
> t.templateMethod();
> 
> \}

代码其实很简单，基本上看到就懂了，关键是要学会用到自己的代码中。

## 状态模式 ##

update: 2017-10-19

废话我就不说了，我们说一个简单的例子。商品库存中心有个最基本的需求是减库存和补库存，我们看看怎么用状态模式来写。

核心在于，我们的关注点不再是 Context 是该进行哪种操作，而是关注在这个 Context 会有哪些操作。

定义状态接口：

> public interface State \{
> 
> public void doAction(Context context);
> 
> \}

定义减库存的状态：

> public class DeductState implements State \{
> 
> public void doAction(Context context) \{
> 
> System.out.println("商品卖出，准备减库存");
> 
> context.setState(this);
> 
> //... 执行减库存的具体操作
> 
> \}
> 
> public String toString()\{
> 
> return "Deduct State";
> 
> \}
> 
> \}

定义补库存状态：

> public class RevertState implements State \{
> 
> public void doAction(Context context) \{
> 
> System.out.println("给此商品补库存");
> 
> context.setState(this);
> 
> //... 执行加库存的具体操作
> 
> \}
> 
> public String toString() \{
> 
> return "Revert State";
> 
> \}
> 
> \}

前面用到了 context.setState(this)，我们来看看怎么定义 Context 类：

> public class Context \{
> 
> private State state;
> 
> private String name;
> 
> public Context(String name) \{
> 
> this.name = name;
> 
> \}
> 
> public void setState(State state) \{
> 
> this.state = state;
> 
> \}
> 
> public void getState() \{
> 
> return this.state;
> 
> \}
> 
> \}

我们来看下客户端调用，大家就一清二楚了：

> public static void main(String\[\] args) \{
> 
> // 我们需要操作的是 iPhone X
> 
> Context context = new Context("iPhone X");
> 
> // 看看怎么进行补库存操作
> 
> State revertState = new RevertState();
> 
> revertState.doAction(context);
> 
> // 同样的，减库存操作也非常简单
> 
> State deductState = new DeductState();
> 
> deductState.doAction(context);
> 
> // 如果需要我们可以获取当前的状态
> 
> // context.getState().toString();
> 
> \}

大家可能会发现，在上面这个例子中，如果我们不关心当前 context 处于什么状态，那么 Context 就可以不用维护 state 属性了，那样代码会简单很多。

不过，商品库存这个例子毕竟只是个例，我们还有很多实例是需要知道当前 context 处于什么状态的。

## 行为型模式总结 ##

行为型模式部分介绍了策略模式、观察者模式、责任链模式、模板方法模式和状态模式，其实，经典的行为型模式还包括备忘录模式、命令模式等，但是它们的使用场景比较有限，而且本文篇幅也挺大了，我就不进行介绍了。

学习设计模式的目的是为了让我们的代码更加的优雅、易维护、易扩展。

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