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Update 设计模式 - 目录.md and 设计模式 - 策略.md
This commit is contained in:
CyC2018
+15
-3
@@ -2,7 +2,19 @@
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## 一、前言
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设计模式是解决问题的方案，学习现有的设计模式可以做到经验复用。拥有设计模式词汇，在沟通时就能用更少的词汇来讨论，并且不需要了解底层细节。
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设计模式是针对反复出现的设计问题给出的解决方案。它关心类和对象之间如何划分职责、如何协作，使需求变化时只需修改少量代码；它描述的是解决思路，而不是可以直接复制的代码。
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学习设计模式，一方面可以复用前人总结的设计经验，另一方面在讨论设计时可以用“策略”“装饰”等名词代替大段的描述。
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四人组（Gang of Four, GoF）在《设计模式》中把 23 种模式分为三类：
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- 创建型关注对象如何被创建，使创建与使用分离，常用的有[单例](设计模式%20%20-%20单例.md)、[工厂方法](设计模式%20-%20工厂方法.md)和[生成器](设计模式%20-%20生成器.md)；
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- 结构型关注类和对象如何组合成更大的结构，常用的有[适配器](设计模式%20-%20适配器.md)、[装饰](设计模式%20-%20装饰.md)和[代理](设计模式%20-%20代理.md)；
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- 行为型关注对象之间如何分配职责和通信，常用的有[策略](设计模式%20-%20策略.md)、[观察者](设计模式%20-%20观察者.md)、[责任链](设计模式%20-%20责任链.md)和[模板方法](设计模式%20-%20模板方法.md)。
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JDK 中，Runtime.getRuntime() 是单例，Calendar.getInstance() 是静态工厂方法，BufferedInputStream 包装其它输入流以增加缓冲，属于装饰器。Arrays.asList() 把数组适配为 List，属于适配器；java.lang.reflect.Proxy 在运行时生成代理对象。
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Spring 中的用法见 [Spring 中的设计模式](Spring.md#七spring-中的设计模式)。
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## 二、创建型
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@@ -41,8 +53,8 @@
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## 参考资料
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- 弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007.
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- Gamma E. 设计模式: 可复用面向对象软件的基础 [M]. 机械工业出版社, 2007.
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- Bloch J. Effective java[M]. Addison-Wesley Professional, 2017.
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- Gamma E. 设计模式：可复用面向对象软件的基础 [M]. 机械工业出版社, 2007.
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- Bloch J. Effective Java [M]. Addison-Wesley Professional, 2017.
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- [Design Patterns](http://www.oodesign.com/)
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- [Design patterns implemented in Java](http://java-design-patterns.com/)
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- [The breakdown of design patterns in JDK](http://www.programering.com/a/MTNxAzMwATY.html)
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+189
-5
@@ -15,9 +15,11 @@
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### 与状态模式的比较
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状态模式的类图和策略模式类似，并且都是能够动态改变对象的行为。但是状态模式是通过状态转移来改变 Context 所组合的 State 对象，而策略模式是通过 Context 本身的决策来改变组合的 Strategy 对象。所谓的状态转移，是指 Context 在运行过程中由于一些条件发生改变而使得 State 对象发生改变，注意必须要是在运行过程中。
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状态模式和策略模式的类图相似，都是通过组合一个接口对象来动态改变行为，区别在于这个对象是如何被切换的。
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状态模式主要是用来解决状态转移的问题，当状态发生转移了，那么 Context 对象就会改变它的行为；而策略模式主要是用来封装一组可以互相替代的算法族，并且可以根据需要动态地去替换 Context 使用的算法。
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状态模式的 State 对象随运行过程中的状态转移而切换，转移由状态对象或 Context 的内部逻辑触发。例如订单处于“待支付”时调用 pay() 会完成支付，进入“已支付”后再调用 pay() 会被拒绝。
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策略模式的 Strategy 对象由客户端创建并交给 Context，之后客户端通过 Context 使用它，需要时再替换为另一个策略。例如先为订单设置“标准快递”的运费计算策略，用户改选“加急”后替换为加急策略。
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### 实现
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设计一个鸭子，它可以动态地改变叫声。这里的算法族是鸭子的叫声行为。
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@@ -81,12 +83,194 @@ squeak!
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quack!
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```
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#### 1. 用策略替代 if-else
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业务代码中，同一件事常按类型分别处理，例如按配送方式计算运费。这里的规则是：标准快递首千克 10 元，之后每千克加 3 元；加急快递首千克 25 元，之后每千克加 6 元；到店自提免运费。调用方先把重量向上取整为千克数 kg，例如 2.5 kg 取 3。
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```java
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public class IfElseFreightService {
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public int freight(String type, int kg) {
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if ("STANDARD".equals(type)) {
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return 10 + (kg - 1) * 3;
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} else if ("EXPRESS".equals(type)) {
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return 25 + (kg - 1) * 6;
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} else if ("PICKUP".equals(type)) {
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return 0;
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}
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throw new IllegalArgumentException("未知配送方式: " + type);
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}
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}
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```
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这种写法的问题是：每新增一种配送方式都要修改 freight()，各分支的计费规则耦合在一个方法中，测试时也只能整体验证。把每个分支拆成一个策略类后，接口为：
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```java
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public interface FreightStrategy {
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int fee(int kg);
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}
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```
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每个实现类只包含一种计费规则。FreightStrategy 是 Strategy，三个实现类是 ConcreteStrategy：
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```java
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public class StandardFreight implements FreightStrategy {
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@Override
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public int fee(int kg) {
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return 10 + (kg - 1) * 3;
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}
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}
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public class ExpressFreight implements FreightStrategy {
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@Override
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public int fee(int kg) {
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return 25 + (kg - 1) * 6;
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}
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}
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public class PickupFreight implements FreightStrategy {
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@Override
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public int fee(int kg) {
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return 0;
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}
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}
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```
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同样的结构也适用于支付渠道、消息推送渠道等场景，只是各实现类的内容换成对应的处理逻辑。
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#### 2. 与简单工厂和 Spring 容器结合
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策略模式还要解决按类型找到策略对象的问题，这一步与[简单工厂](设计模式%20-%20简单工厂.md)相同：工厂根据类型返回对象，再由对象执行计算。两者的分工是：工厂决定取得哪一个对象，策略决定执行哪一种算法。用 Map 保存类型与策略的对应关系，即可实现这个工厂：
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```java
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import java.util.Map;
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public class FreightStrategyFactory {
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private static final Map<String, FreightStrategy> STRATEGIES = Map.of(
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"STANDARD", new StandardFreight(),
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"EXPRESS", new ExpressFreight(),
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"PICKUP", new PickupFreight());
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public static FreightStrategy of(String type) {
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FreightStrategy strategy = STRATEGIES.get(type);
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if (strategy == null) {
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throw new IllegalArgumentException("未知配送方式: " + type);
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}
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return strategy;
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}
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}
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```
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调用方式为 `FreightStrategyFactory.of("EXPRESS").fee(3)`，结果是 37，即 25 + (3 - 1) * 6。
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在 Spring 中可以不用手写 Map。容器会把实现同一接口的 Bean 收集为 Map<String, 接口>，key 是 Bean 名称（见[附录 A2](#a2-spring-中的-map-注入)）。实现类用 @Component 指定名称，名称即为配送方式的编码：
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```java
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import org.springframework.stereotype.Component;
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@Component("STANDARD")
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public class StandardFreight implements FreightStrategy {
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@Override
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public int fee(int kg) {
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return 10 + (kg - 1) * 3;
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}
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}
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```
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ExpressFreight 和 PickupFreight 分别标注为 `@Component("EXPRESS")` 和 `@Component("PICKUP")`，FreightService 的写法如下：
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```java
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import java.util.Map;
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import org.springframework.stereotype.Service;
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@Service
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public class FreightService {
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private final Map<String, FreightStrategy> strategies;
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public FreightService(Map<String, FreightStrategy> strategies) {
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this.strategies = strategies;
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}
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public int freight(String type, int kg) {
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FreightStrategy strategy = strategies.get(type);
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if (strategy == null) {
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throw new IllegalArgumentException("未知配送方式: " + type);
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}
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return strategy.fee(kg);
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}
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}
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```
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新增配送方式时只需新增一个带 @Component 的实现类，FreightService 不需要改动。实测中新增 `@Component("SAME_CITY")` 的类后，注入的 Map 多出了 SAME_CITY 这个 key（见[附录 A2](#a2-spring-中的-map-注入)）。
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#### 3. 优缺点与注意事项
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优点：
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- 新增算法时只需新增类，已有的策略和调用方不需要修改，符合开闭原则；
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- 每个策略可以单独测试。
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缺点：
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- 算法较多时类的数量随之增加，即常说的类爆炸问题；
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- 调用方要先选出策略，通常由工厂或 Map 负责。
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注意事项：
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- 策略接口只有一个方法、实现又很简单时，可以用 Lambda 代替实现类以减少类的数量，例如 `Map<String, IntUnaryOperator>` 的值写成 `kg -> 25 + (kg - 1) * 6`（[附录 A1](#a1-运费策略与-if-else-对拍)中验证了这种写法）；
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- 模板方法通过继承固定算法的骨架，由子类覆写其中的步骤；策略通过组合替换整个算法；
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- 责任链中的请求依次经过多个处理者，策略则只选择一个算法执行；
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- 代理模式与策略模式的类图相似，都是接口加组合，但代理的目的是控制对真实对象的访问，策略的目的是替换算法；
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- 用策略替代已有的 if-else 时，可以像[附录 A1](#a1-运费策略与-if-else-对拍)那样用同一组输入对比新旧实现的结果，确认一致后再切换。
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### JDK 中的应用
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- java.util.Comparator#compare()
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- javax.servlet.http.HttpServlet
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- javax.servlet.Filter#doFilter()
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- java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler#rejectedExecution()：ThreadPoolExecutor 无法接收任务时调用它，AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy 和 DiscardOldestPolicy 是它的四种实现，通过构造方法或 setRejectedExecutionHandler() 设置。
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## 附录：实测
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### A1 运费策略与 if-else 对拍
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环境：OpenJDK 21.0.13，macOS 15.8.1（arm64）。
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用正文中的 IfElseFreightService、FreightStrategy、三个策略实现类和 FreightStrategyFactory 编译，另写一个对拍程序：对 STANDARD、EXPRESS、PICKUP、SAME_CITY 四种类型，各取 kg 为 1～20，共 80 组，比较 if-else 版本、工厂版本和 Lambda 版本的返回值与异常信息。
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```text
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javac -encoding UTF-8 -d out *.java
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java -cp out Main
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```
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原始输出：
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```text
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checked=80 mismatch=0
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2.5 kg 按 3 kg 计: STANDARD=16 EXPRESS=37 PICKUP=0
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lambda EXPRESS(3)=37
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unknown: 未知配送方式: SAME_CITY
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```
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为确认对拍能够发现错误，分别注入两处错误后重跑：工厂中 EXPRESS 对应 StandardFreight，mismatch=20；标准快递的计算改为 10 + kg * 3（续重少减 1 千克），mismatch=20。
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### A2 Spring 中的 Map 注入
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环境：Spring Boot 3.5.16（Spring Framework 6.2.19），JDK 21.0.13，Maven 3.9.16，macOS 15.8.1（arm64）。
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最小项目包含 FreightStrategy 接口、三个带 @Component 的实现类、FreightService（构造器注入 Map<String, FreightStrategy>），以及用 ApplicationRunner 打印结果的启动类。运行输出：
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```text
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Map 注入的 key（Bean 名）: [EXPRESS, PICKUP, STANDARD]
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2.5 kg 按 3 kg 计: STANDARD=16 EXPRESS=37 PICKUP=0
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unknown: 未知配送方式: SAME_CITY
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```
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||||
扩展实验：新增 `@Component("SAME_CITY")` 的实现类，FreightService 不做修改，输出的 key 变为 [EXPRESS, PICKUP, SAME_CITY, STANDARD]，SAME_CITY 可以正常计算。Spring 官方文档说明，Map 注入时值为该类型的所有 Bean，key 为对应的 Bean 名称。
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## 参考资料
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- 弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007.
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||||
- Gamma E. 设计模式: 可复用面向对象软件的基础 [M]. 机械工业出版社, 2007.
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||||
- Gamma E. 设计模式：可复用面向对象软件的基础 [M]. 机械工业出版社, 2007.
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- [Using @Autowired](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/core/beans/annotation-config/autowired.html)
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