Posted on 2009-10-21 13:55
Robin 閱讀(443)
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轉自：http://www.javaeye.com/topic/328262
當我們掌握了Java的語法，當我們了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，不意味著我們可以寫出面向對象的程序，不意味著我們可以很好的實現代碼復用，彈性維護，不意味著我們可以實現在維護、擴展基礎上的代碼復用。一把刀，可以使你制敵于無形而于江湖揚名，也可以只是一把利刃而使你切菜平靜。Java，就是這把刀，它的威力取決于你使用的方式。當我們陷入無盡無止重復代碼的泥沼，當我們面臨牽一發而動全身的維護惡夢, 你應該想起“設計模式”這個行動秘笈。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系統的隱含經驗于是被前人搜集而成并冠以“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”先行者之后，用中國文字、用實際案例領略模式于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并封裝起來，以便以后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，為了復用目的而使用繼承，結局并不完美。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.");
}
//因為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 {
//野鴨外觀顯示為綠頭
public void display() {
System.out.println("Green head.");
}
}
public class RedHeadDuck extends Duck {
//紅頭鴨顯示為紅頭
public void display() {
System.out.println("Red head.");
}
}
public class RubberDuck extends Duck {
//橡皮鴨叫聲為吱吱叫，所以重寫父類以改寫行為
public void quack() {
System.out.println("Squeak");
}
//橡皮鴨顯示為黃頭
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，那么在子類型中均有了該方法，于是我們看到了 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于子類型的影響。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為，會導致以下缺點：
a. 代碼在多個子類中重復;
b. 運行時的行為不容易改變；
c. 改變會牽一發動全身，造成部分子類型不想要的改變；
好啦，還是剛才鴨子的例子，你也許想到使用接口，將飛的行為、叫的行為定義為接口，然后讓Duck的各種子類型實現這些接口。這時侯代碼類似于：
public abstract class Duck {
//將變化的行為 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() 行為定義形成的接口
public interface FlyBehavior {
void fly();
}
//變化的 quack() 行為定義形成的接口
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{
//橡皮鴨叫聲為吱吱叫
public void quack() {
System.out.println("Squeak");
}
//橡皮鴨顯示為黃頭
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為(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的一些相同行為代碼不能得到重復使用。很大程度上這是從一個火坑跳到另一個火坑。
在一段程序之后，讓我們從細節中跳出來，關注一些共性問題。不管使用什么語言，構建什么應用，在軟件開發上，一直伴隨著的不變的真理是：需要一直在變化。不管當初軟件設計得多好，一段時間之后，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)的行為在子類型中是不斷變化的，讓所有子類型都有這些行為是不恰當的。我們可以將這些行為定義為接口，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復用。這意味著，當我們需要修改某個行為，必須往下追蹤并在每一個定義此行為的類中修改它，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后果變少，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類中的行為 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類中的行為 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。這些實現類并非Duck.java的子類型，而是專門的一組實現類，稱之為"行為類"。由行為類而不是Duck.java的子類型來實現接口。這樣，才能保證變化的行為獨立于不變的內容。于是我們有：
變化的內容：
//變化的 fly() 行為定義形成的接口
public interface FlyBehavior {
void fly();
}
//變化的 fly() 行為的實現類之一
public class FlyWithWings implements FlyBehavior {
public void fly() {
System.out.println("I'm flying.");
}
}
//變化的 fly() 行為的實現類之二
public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
public void fly() {
System.out.println("I can't fly.");
}
}
-----------------------------------------------------------------
//變化的 quack() 行為定義形成的接口
public interface QuackBehavior {
void quack();
}
//變化的 quack() 行為實現類之一
public class Quack implements QuackBehavior {
public void quack() {
System.out.println("Quack");
}
}
//變化的 quack() 行為實現類之二
public class Squeak implements QuackBehavior {
public void quack() {
System.out.println("Squeak.");
}
}
//變化的 quack() 行為實現類之三
public class MuteQuack implements QuackBehavior {
public void quack() {
System.out.println("<< Slience >>");
}
}
通過以上設計，fly()行為以及quack()行為已經和Duck.java沒有什么關系，可以充分得到復用。而且我們很容易增加新的行為, 既不影響現有的行為，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為不是體現為方法嗎？為什么現在被定義形成類(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"是個行為。既使是行為，也有屬性及方法，例如飛行行為，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()的行為委拖給行為類處理。
不變的內容：
public abstract class Duck {
//將行為類聲明為接口類型，降低對行為實現類型的依賴
FlyBehavior flyBehavior;
QuackBehavior quackBehavior;
public void performFly() {
//不自行處理fly()行為，而是委拖給引用flyBehavior所指向的行為對象
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為類完成。
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，直接實例化行為類型，在編譯的時侯便指定具體行為類型。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(可參考后續模式講解);
2) 或做到在運行時動態地改變行為。
3) 動態設定行為
在父類Duck.java中增加設定行為類型的setter方法，接受行為類型對象的參數傳入。為了降藕，行為參數被聲明為接口類型。這樣，既便在運行時，也可以通過調用這二個方法以改變行為。
public abstract class Duck {
//在剛才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為，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增加新的行為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，做一只在水面上自由游動的鴨子吧:
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,行為或算法
在Duck.java提供setter方法以裝配關系； -> 動態設定行為
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為的重用，導致了代碼的維護問題。 -> 繼承, is a
2) 接著，我們將行為剝離成單獨的類型并聲明為不變內容的實例變量并通過 -> 組合, has a
setter方法以裝配關系；
繼承，可以實現靜態代碼的復用；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后的需求變化。
策略模式的本質：少用繼承，多用組合