策略模式

當我們掌握了Java的語法,當我們瞭解了面向對象的封裝、繼承、多態等特性,當我們可以用Swing、Servlet、JSP技術構建桌面以及Web應用,不意味着我們可以寫出面向對象的程序,不意味着我們可以很好的實現代碼複用,彈性維護,不意味着我們可以實現在維護、擴展基礎上的代碼複用。一把刀,可以使你制敵於無形而於江湖揚名,也可以只是一把利刃而使你切菜平靜。Java,就是這把刀,它的威力取決於你使用的方式。當我們陷入無盡無止重複代碼的泥沼,當我們面臨牽一髮而動全身的維護惡夢, 你應該想起“設計模式”這個行動祕笈。面向對象的精義,看似平淡,其實要經過艱苦實踐才能成功。而構造OO系統的隱含經驗於是被前人蒐集而成並冠以“設計模式”之名。我們應該在編碼行動初始就攜帶以它。接下來,讓我們步“四人組”先行者之後,用中國文字、用實際案例領略模式於我們代碼煥然一新的改變:
 
設計模式解讀之一: 策略模式
 
    1. 模式定義
    
        把會變化的內容取出並封裝起來,以便以後可以輕易地改動或擴充部分,而不影響不需要變化

的其他部分;

    2. 問題緣起

    當涉及至代碼維護時,爲了複用目的而使用繼承,結局並不完美。對父類的修改,會影響到子類型

。在超類中增加的方法,會導致子類型有該方法,甚至連那些不該具備該方法的子類型也無法免除。示

例,一個鴨子類型:

    public abstract class Duck {
        //所有的鴨子均會叫以及游泳,所以父類中處理這部分代碼
        public void quack() {
            System.out.println("Quack");
        }
        
        public void swim() {
            System.out.println("All ducks float, even decoys.");        
        }
        
        //因爲每種鴨子的外觀是不同的,所以父類中該方法是抽象的,由子類型自己完成。
        public abstract void display();
    }

    public class MallardDuck extends Duck {
        //野鴨外觀顯示爲綠頭
        public void display() {
            System.out.println("Green head.");
        }
    }

    public class RedHeadDuck extends Duck {
        //紅頭鴨顯示爲紅頭
        public void display() {
            System.out.println("Red head.");
        }
    }

    public class RubberDuck extends Duck {
        //橡皮鴨叫聲爲吱吱叫,所以重寫父類以改寫行爲
        public void quack() {
            System.out.println("Squeak");
        }

        //橡皮鴨顯示爲黃頭
        public void display() {
            System.out.println("Yellow head.");
        }
    }

    上述代碼,初始實現得非常好。現在我們如果給Duck.java中加入fly()方法的話,那麼在子類型中

均有了該方法,於是我們看到了 會飛的橡皮鴨子,你看過嗎?當然,我們可以在子類中通過空實現重

寫該方法以解決該方法對於子類型的影響。但是父類中再增加其它的方法呢?

    通過繼承在父類中提供行爲,會導致以下缺點:

    a. 代碼在多個子類中重複;
    b. 運行時的行爲不容易改變;
    c. 改變會牽一髮動全身,造成部分子類型不想要的改變;

    好啦,還是剛纔鴨子的例子,你也許想到使用接口,將飛的行爲、叫的行爲定義爲接口,然後讓

Duck的各種子類型實現這些接口。這時侯代碼類似於:

    public abstract class Duck {
        //將變化的行爲 fly() 以及quake()從Duck類中分離出去定義形成接口,有需求的子類中自行

去實現

        public void swim() {
            System.out.println("All ducks float, even decoys.");        
        }
        
        public abstract void display();
    }

    //變化的 fly() 行爲定義形成的接口
    public interface FlyBehavior {
        void fly();
    }

    //變化的 quack() 行爲定義形成的接口
    public interface QuackBehavior {
        void quack();
    }

    //野鴨子會飛以及叫,所以實現接口  FlyBehavior, QuackBehavior
    public class MallardDuck extends Duck implements FlyBehavior, QuackBehavior{
        public void display() {
            System.out.println("Green head.");
        }

        public void fly() {
            System.out.println("Fly.");                
        }

        public void quack() {
            System.out.println("Quack.");                
        }
    }

    //紅頭鴨子會飛以及叫,所以也實現接口  FlyBehavior, QuackBehavior
    public class RedHeadDuck extends Duck implements FlyBehavior, QuackBehavior{
        public void display() {
            System.out.println("Red head.");
        }    

        public void fly() {
            System.out.println("Fly.");                
        }

        public void quack() {
            System.out.println("Quack.");                
        }    
    }

    //橡皮鴨不會飛,但會吱吱叫,所以只實現接口QuackBehavior
    public class RubberDuck extends Duck implements QuackBehavior{
        //橡皮鴨叫聲爲吱吱叫
        public void quack() {
            System.out.println("Squeak");
        }

        //橡皮鴨顯示爲黃頭
        public void display() {
            System.out.println("Yellow head.");
        }
    }

    上述代碼雖然解決了一部分問題,讓子類型可以有選擇地提供一些行爲(例如 fly() 方法將不會出

現在橡皮鴨中).但我們也看到,野鴨子MallardDuck.java和紅頭鴨子RedHeadDuck.java的一些相同行爲

代碼不能得到重複使用。很大程度上這是從一個火坑跳到另一個火坑。

    在一段程序之後,讓我們從細節中跳出來,關注一些共性問題。不管使用什麼語言,構建什麼應用

,在軟件開發上,一直伴隨着的不變的真理是:需要一直在變化。不管當初軟件設計得多好,一段時間

之後,總是需要成長與改變,否則軟件就會死亡。

    我們知道,繼承在某種程度上可以實現代碼重用,但是父類(例如鴨子類Duck)的行爲在子類型中是

不斷變化的,讓所有子類型都有這些行爲是不恰當的。我們可以將這些行爲定義爲接口,讓Duck的各種

子類型去實現,但接口不具有實現代碼,所以實現接口無法達到代碼複用。這意味着,當我們需要修改

某個行爲,必須往下追蹤並在每一個定義此行爲的類中修改它,一不小心,會造成新的錯誤。

    設計原則:把應用中變化的地方獨立出來,不要和那些不需要變化的代碼混在一起。這樣代碼變化

引起的不經意後果變少,系統變得更有彈性。

    按照上述設計原則,我們重新審視之前的Duck代碼。

    1) 分開變化的內容和不變的內容

       Duck類中的行爲 fly(), quack(), 每個子類型可能有自己特有的表現,這就是所謂的變化的內

容。
           Duck類中的行爲 swim() 每個子類型的表現均相同,這就是所謂不變的內容。

       我們將變化的內容從Duck()類中剝離出來單獨定義形成接口以及一系列的實現類型。將變化的

內容定義形成接口可實現變化內容和不變內容的剝離。其實現類型可實現變化內容的重用。這些實現類

並非Duck.java的子類型,而是專門的一組實現類,稱之爲"行爲類"。由行爲類而不是Duck.java的子類

型來實現接口。這樣,才能保證變化的行爲獨立於不變的內容。於是我們有:

       變化的內容:

       //變化的 fly() 行爲定義形成的接口
       public interface FlyBehavior {
        void fly();
       }
         
       //變化的 fly() 行爲的實現類之一
       public class FlyWithWings implements FlyBehavior {
        public void fly() {
            System.out.println("I'm flying.");
        }
       }

       //變化的 fly() 行爲的實現類之二
       public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
        public void fly() {
            System.out.println("I can't fly.");
        }
       }

           -----------------------------------------------------------------

       //變化的 quack() 行爲定義形成的接口
       public interface QuackBehavior {
        void quack();
       }

       //變化的 quack() 行爲實現類之一
       public class Quack implements QuackBehavior {
        public void quack() {
            System.out.println("Quack");
        }
       }

       //變化的 quack() 行爲實現類之二
       public class Squeak implements QuackBehavior {
        public void quack() {
            System.out.println("Squeak.");
        }
       }

       //變化的 quack() 行爲實現類之三
       public class MuteQuack implements QuackBehavior {
        public void quack() {
            System.out.println("<< Slience >>");
        }
       }

       通過以上設計,fly()行爲以及quack()行爲已經和Duck.java沒有什麼關係,可以充分得到複用

。而且我們很容易增加新的行爲, 既不影響現有的行爲,也不影響Duck.java。但是,大家可能有個疑

問,就是在面向對象中行爲不是體現爲方法嗎?爲什麼現在被定義形成類(例如Squeak.java)?在OO中

,類代表的"東西"一般是既有狀態(實例變量)又有方法。只是在本例中碰巧"東西"是個行爲。既使是

行爲,也有屬性及方法,例如飛行行爲,也需要一些屬性記錄飛行的狀態,如飛行高度、速度等。

    2) 整合變化的內容和不變的內容

       Duck.java將 fly()以及quack()的行爲委託給行爲類處理。

       不變的內容:

       public abstract class Duck {
            //將行爲類聲明爲接口類型,降低對行爲實現類型的依賴
        FlyBehavior flyBehavior;
        QuackBehavior quackBehavior;

        public void performFly() {
            //不自行處理fly()行爲,而是委拖給引用flyBehavior所指向的行爲對象
            flyBehavior.fly();
        }

        public void performQuack() {
            quackBehavior.quack();
        }

        public void swim() {
            System.out.println("All ducks float, even decoys.");        
        }
        
        public abstract void display();
       }

       Duck.java不關心如何進行 fly()以及quack(), 這些細節交由具體的行爲類完成。
       
       public class MallardDuck extends Duck{
        public MallardDuck() {
            flyBehavior=new FlyWithWings();
            quackBehavior=new Quack();        
        }
        
        public void display() {
            System.out.println("Green head.");
        }
       }

           測試類:

       public class DuckTest {
        public static void main(String[] args) {
            Duck duck=new MallardDuck();
            duck.performFly();
            duck.performQuack();        
        }
       }

       在Duck.java子類型MallardDuck.java的構造方法中,直接實例化行爲類型,在編譯的時侯便指

定具體行爲類型。當然,我們可以:
       
       1) 我們可以通過工廠模式或其它模式進一步解藕(可參考後續模式講解);
       2) 或做到在運行時動態地改變行爲。

    3) 動態設定行爲

       在父類Duck.java中增加設定行爲類型的setter方法,接受行爲類型對象的參數傳入。爲了降藕

,行爲參數被聲明爲接口類型。這樣,既便在運行時,也可以通過調用這二個方法以改變行爲。

       public abstract class Duck {
        //在剛纔Duck.java中加入以下二個方法。
        public void setFlyBehavior(FlyBehavior flyBehavior) {
            this.flyBehavior=flyBehavior;
        }
        
        public void setQuackBehavior(QuackBehavior quackBehavior) {
            this.quackBehavior=quackBehavior;
        }

        //其它方法同,省略...
       }

           測試類:

       public class DuckTest {
        public static void main(String[] args) {
            Duck duck=new MallardDuck();
            duck.performFly();
            duck.performQuack();
            duck.setFlyBehavior(new FlyNoWay());
            duck.performFly();
        }
       }

       如果,我們要加上火箭助力的飛行行爲,只需再新建FlyBehavior.java接口的實現類型。而子

類型可通過調用setQuackBehavior(...)方法動態改變。至此,在Duck.java增加新的行爲給我們代碼所

帶來的困繞已不復存在。

    該是總結的時侯了,讓我們從代碼的水中浮出來,做一隻在水面上自由遊動的鴨子吧:

    3.  解決方案

        MallardDuck 繼承  Duck抽象類;          -> 不變的內容
        FlyWithWings 實現 FlyBehavior接口;     -> 變化的內容,行爲或算法
    在Duck.java提供setter方法以裝配關係;    -> 動態設定行爲

    以上就是策略模式的實現三步曲。接下來,讓我們透過步驟看本質:
    
    1) 初始,我們通過繼承實現行爲的重用,導致了代碼的維護問題。          -> 繼承, is a
    2) 接着,我們將行爲剝離成單獨的類型並聲明爲不變內容的實例變量並通過  -> 組合, has a
       setter方法以裝配關係;

        繼承,可以實現靜態代碼的複用;組合,可以實現代碼的彈性維護;使用組合代替繼承,可以

使代碼更好地適應軟件開發完後的需求變化。

    策略模式的本質:少用繼承,多用組合
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