初探Java设计模式3：行为型模式（策略，观察者等）

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：

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：

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，读者也先别急，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);