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设计模式

该章节主要是在读《Head First 设计模式》的总结。

策略模式

案例:鸭子应用(模拟鸭子游戏)。 游戏中需要设计各种鸭子,有戏水的、呱呱叫的。用学习过的OO技术,张三(鸭子游戏“首席架构师”)首先会设计一个鸭子超类,并让各种鸭子继承该超类。
类图中,超类Duck实现了鸭子呱呱叫(quack)和游泳(swim),由于鸭子外观都不同,所以display()方法是抽象的,由子类去实现。 具体代码在该项目的位置:JavaInterview/architecture/src/main/java/cn.tommyyang.designpatterns.duckgame.Duck。
以上完成第一版鸭子应用。
由于鸭子游戏鸭子种类一直就那么几种,导致游戏用户增长上遇到了较大的瓶颈,所以急需创新。通过大家的头脑风暴,首先我们得让鸭子飞起来。这时,负责鸭子应用的开发人员张三接到了这个需求,认为只需在Duck超类上加上fly方法即可。设计如下:
改完后,完成了游戏的第二次发版。改动点:
  • 加入鸭子会飞的逻辑。
  • 有鸭子的叫声不是呱呱叫,而是吱吱叫。
发布完成后,在公司内部开始进行试运行。试运行期间,同事们说,为什么橡皮鸭也会飞啊。张三收到了反馈后,他发现出问题了,不能直接在超类进行fly()方法的实现,或者在橡皮鸭内部覆盖fly方法,然后什么都不做。 如果后面有几万种鸭子,比如加入了诱饵鸭(是木头鸭),不会飞也不会叫,那怎么办,也去覆盖quack、fly方法?那这样继承这些方法有什么意义呢? 看到这里,不知道大家怎么想?
首先总结下利用继承来提供Duck的行为会导致哪些缺点:
  • 代码在多个子类中重复。
  • 运行时的行为不容易改变。
  • 不能让鸭子跳舞。
  • 很难知道所有鸭子的全部行为。
  • 鸭子不能同时又飞又叫。
  • 改变会牵一发动全身,造成其他鸭子不想要的改变。
通过在游戏的第二版发布过程中,张三认识到继承无法解决在当下游戏版本经常更新的情况。张三知道鸭子的规则会经常改变,每当游戏中新增新的鸭子时,就需要检查是否需要覆盖fly()/quack()......等方法,张三作为“首席架构师”,显然觉得这样的架构太low了,无法容忍。
故张三认为需要定义一些更清晰的接口,让“某些”(非全部)鸭子类型可飞/可叫......以后还可能扩展更多方法。 新的架构图如下:
以上是张三使用接口实现的,但是张三对着类图思考了一会,发现虽然Flyable和Quackable可以解决“一小部分”问题(不会出现会飞的橡皮鸭),但是却造成了大量重复代码(大量的重复飞,重复嘎嘎叫),但代码却无法复用,甚至,在会飞的鸭子中,飞行的动作还可能各种变化......
作为“首席架构师”,张三还是觉得否定了上述方案,深思许久后,总结道:
  • 继承无法解决问题。
  • Flyable、Quackable接口不错,但是需要让会飞的鸭子才继承Flybale。
  • Java接口不具有实现代码(java8 default接口可以,但是不鼓励使用),所以继承接口无法达到代码的复用。
这时,张三突然想到从《Head First 设计模式》中看到的第一个设计模式中提到的三个原则:
  • 找出应用中可能需要变化之处,把他们独立出来,不要和那些不需要变化的代码混在一起。
  • 针对接口编程,而不是针对实现编程。
  • 多用组合,少用继承。
通过上述三个原则,张三知道,Duck类中fly()和quack()会随着鸭子的不同而改变。那么需要把这两个行为从Duck类中取出来,建立一组新类来代表每个行为。及游戏中需要鸭子类鸭子行为类鸭子行为类专门用于提供某行为接口的实现,那么鸭子类就不需要了解行为的实现细节了。这就是针对接口编程,而不是针对实现编程
了解到这些设计原则后,张三开始重新设计类图。
通过以上设计,关键在于,鸭子将飞行和呱呱叫的动作“委托”(delegate)别人处理,而不是使用定义在Duck类(或子类)内的呱呱叫和飞行方法。 这样的好处,就是上述的三个原则,并且在运行时,可以随意修改其呱呱叫和飞行的行为,通过setFlyBehavior和setQuackBehavior来实现。
MallardDuck 的具体实现如下:
/**
* 野鸭类
*
* @Author : TommyYang
* @Time : 2021-04-05 16:00
* @Software: IntelliJ IDEA
* @File : MallardDuck.java
*/
public class MallardDuck extends Duck {
public MallardDuck(FlyBehavior flyBehavior, QuackBehavior quackBehavior) {
super(flyBehavior, quackBehavior);
}
/**
* 具体实现鸭子外观
*/
public void display() {
System.out.println("绿头");
}
}
在构造野鸭类的时候,完成 FlyBehavior 和 QuackBehavior 的定义。
最后,张三“首席架构师”,通过策略模式(Strategy Pattern)实现了鸭子游戏。
策略模式定义了算法簇,分别封装起来,让它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。
恭喜你,完成了第一个设计模式策略模式的学习,后续希望该模式在你的编程生涯中可以持续被使用。

观察者模式

张三由于通过使用策略模式完成鸭子游戏应用的重构后,在鸭子游戏的维护和更新上只需要投入少量的时间。 于是张三接到了下一个需求,互联网气象观测站的架构工作。
互联网气象观测站的三个组成部分:
  • 气象站(获得实际气象数据的物理装置)
  • WeatherData 对象(追踪来自气象站的数据,并更新布告板)
  • 布告板(显示当前天气状况)给用户看
张三总结出系统用例如下:
张三认为,如果团队接受了这个项目,那工作就是建立一个应应用,利用 WeatherData 对象取得数据(由公司兄弟团队去和气象站对接),并更新三个布告板:当前状况、气象统计、天气预报。
张三团队开始了工作,第二天由公司兄弟团队提供的获取相关气象数据的 WeatherData 类,类图如下:
下面看一下实现的反面案例:针对具体实现编程。 具体代码在该项目的位置:JavaInterview; JavaInterview/architecture/src/main/java/cn.tommyyang.designpatterns.observable.WeatherData。
public class WeatherData {
/**
* 温度
*/
private float temperature;
/**
* 湿度
*/
private float humidity;
/**
* 气压
*/
private float pressure;
public float getTemperature() {
return this.temperature;
}
public float getHumidity() {
return this.humidity;
}
public float getPressure() {
return pressure;
}
/**
* 一旦气象测量更新,此方法会被调用
*/
public void measurementsChanged() {
float temp = getTemperature();
float humidity = getHumidity();
float pressure = getPressure();
// 布告板数据更新
// 针对具体的实现编程,导致后续增删布告板时必须修改程序
CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay();
currentConditionsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
}
}
回故下上一篇讲解的一些设计原则:
  • 找出应用中可能需要变化之处,把他们独立出来,不要和那些不需要变化的代码混在一起。
  • 针对接口编程,而不是针对实现编程。
  • 多用组合,少用继承。
不难发现上面的代码非常垃圾
下面由首席架构师张三带大家使用观察者模式来实现该工程。
观察者模式:定义了对象之间的一对多依赖,这样一来,当一个对象改变状态时,它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。 张三画了一张简易的观察者模式图如下:

装饰模式

工厂模式

简单工厂模式

工厂方法模式