(转)组合优于继承---设计模式之策略模式

时间 2019-11-09

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文章来源：http://www.javaeye.com/topic/328262java

当咱们掌握了Java的语法，当咱们了解了面向对象的封装、继承、多态等特性，当咱们能够用Swing、Servlet、JSP技术构建桌面以及Web应用，不意味着咱们能够写出面向对象的程序，不意味着咱们能够很好的实现代码复用，弹性维护，不意味着咱们能够实如今维护、扩展基础上的代码复用。一把刀，可使你制敌于无形而于江湖扬名，也能够只是一把利刃而使你切菜平静。Java，就是这把刀，它的威力取决于你使用的方式。当咱们陷入无尽无止重复代码的泥沼，当咱们面临牵一发而动全身的维护恶梦, 你应该想起“设计模式”这个行动秘笈。面向对象的精义，看似平淡，其实要通过艰苦实践才能成功。而构造OO系统的隐含经验因而被前人搜集而成并冠以“设计模式”之名。咱们应该在编码行动初始就携带以它。接下来，让咱们步“四人组”先行者以后，用中国文字、用实际案例领略模式于咱们代码面目一新的改变：算法

设计模式解读之一：策略模式编程

    1. 模式定义

        把会变化的内容取出并封装起来，以便之后能够轻易地改动或扩充部分，而不影响不须要变化的其余部分；

    2. 问题缘起

    当涉及至代码维护时，为了复用目的而使用继承，结局并不完美。对父类的修改，会影响到子类型。在超类中增长的方法，会致使子类型有该方法，甚至连那些不应具有该方法的子类型也没法免除。示例，一个鸭子类型：设计模式

    public abstract class Duck {
        //全部的鸭子均会叫以及游泳，因此父类中处理这部分代码
        public void quack() {
            System.out.println("Quack");
        }
        
        public void swim() {
            System.out.println("All ducks float, even decoys.");        
        }
        
        //由于每种鸭子的外观是不一样的，因此父类中该方法是抽象的，由子类型本身完成。
        public abstract void display();
    }

    public class MallardDuck extends Duck {
        //野鸭外观显示为绿头
        public void display() {
            System.out.println("Green head.");
        }
    }

    public class RedHeadDuck extends Duck {
        //红头鸭显示为红头
        public void display() {
            System.out.println("Red head.");
        }
    }

    public class RubberDuck extends Duck {
        //橡皮鸭叫声为吱吱叫，因此重写父类以改写行为
        public void quack() {
            System.out.println("Squeak");
        }

        //橡皮鸭显示为黄头
        public void display() {
            System.out.println("Yellow head.");
        }
    }

上述代码，初始实现得很是好。如今咱们若是给Duck.java中加入fly()方法的话，那么在子类型中均有了该方法，因而咱们看到了会飞的橡皮鸭子，你看过吗？固然，咱们能够在子类中经过空实现重写该方法以解决该方法对于子类型的影响。可是父类中再增长其它的方法呢？

    经过继承在父类中提供行为，会致使如下缺点：

    a. 代码在多个子类中重复;
    b. 运行时的行为不容易改变；
    c. 改变会牵一发动全身，形成部分子类型不想要的改变；

    好啦，仍是刚才鸭子的例子，你也许想到使用接口，将飞的行为、叫的行为定义为接口，而后让Duck的各类子类型实现这些接口。这时侯代码相似于：测试

    public abstract class Duck {
        //将变化的行为 fly() 以及quake()从Duck类中分离出去定义造成接口，有需求的子类中自行去实现

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

    //变化的 fly() 行为定义造成的接口
    public interface FlyBehavior {
        void fly();
    }

    //变化的 quack() 行为定义造成的接口
    public interface QuackBehavior {
        void quack();
    }

    //野鸭子会飞以及叫，因此实现接口  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.");                
        }
    }

    //红头鸭子会飞以及叫，因此也实现接口  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.");                
        }    
    }

    //橡皮鸭不会飞，但会吱吱叫，因此只实现接口QuackBehavior
    public class RubberDuck extends Duck implements QuackBehavior{
        //橡皮鸭叫声为吱吱叫
        public void quack() {
            System.out.println("Squeak");
        }

        //橡皮鸭显示为黄头
        public void display() {
            System.out.println("Yellow head.");
        }
    }

上述代码虽然解决了一部分问题，让子类型能够有选择地提供一些行为(例如 fly() 方法将不会出如今橡皮鸭中).但咱们也看到，野鸭子MallardDuck.java和红头鸭子RedHeadDuck.java的一些相同行为代码不能获得重复使用。很大程度上这是从一个火坑跳到另外一个火坑。

    在一段程序以后，让咱们从细节中跳出来，关注一些共性问题。无论使用什么语言，构建什么应用，在软件开发上，一直伴随着的不变的真理是：须要一直在变化。无论当初软件设计得多好，一段时间以后，老是须要成长与改变，不然软件就会死亡。

    咱们知道，继承在某种程度上能够实现代码重用，可是父类(例如鸭子类Duck)的行为在子类型中是不断变化的，让全部子类型都有这些行为是不恰当的。咱们能够将这些行为定义为接口，让Duck的各类子类型去实现，但接口不具备实现代码，因此实现接口没法达到代码复用。这意味着，当咱们须要修改某个行为，必须往下追踪并在每个定义此行为的类中修改它，一不当心，会形成新的错误。

    设计原则：把应用中变化的地方独立出来，不要和那些不须要变化的代码混在一块儿。这样代码变化引发的不经意后果变少，系统变得更有弹性。

    按照上述设计原则，咱们从新审视以前的Duck代码。

    1) 分开变化的内容和不变的内容

       Duck类中的行为 fly(), quack(), 每一个子类型可能有本身特有的表现，这就是所谓的变化的内容。
           Duck类中的行为 swim() 每一个子类型的表现均相同，这就是所谓不变的内容。

       咱们将变化的内容从Duck()类中剥离出来单独定义造成接口以及一系列的实现类型。将变化的内容定义造成接口可实现变化内容和不变内容的剥离。其实现类型可实现变化内容的重用。这些实现类并不是Duck.java的子类型，而是专门的一组实现类，称之为"行为类"。由行为类而不是Duck.java的子类型来实现接口。这样，才能保证变化的行为独立于不变的内容。因而咱们有：

       变化的内容：this

 //变化的 fly() 行为定义造成的接口
       public interface FlyBehavior {
        void fly();
       }
         
       //变化的 fly() 行为的实现类之一
       public class FlyWithWings implements FlyBehavior {
        public void fly() {
            System.out.println("I'm flying.");
        }
       }

       //变化的 fly() 行为的实现类之二
       public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
        public void fly() {
            System.out.println("I can't fly.");
        }
       }

      //   -----------------------------------------------------------------

       //变化的 quack() 行为定义造成的接口
       public interface QuackBehavior {
        void quack();
       }

       //变化的 quack() 行为实现类之一
       public class Quack implements QuackBehavior {
        public void quack() {
            System.out.println("Quack");
        }
       }

       //变化的 quack() 行为实现类之二
       public class Squeak implements QuackBehavior {
        public void quack() {
            System.out.println("Squeak.");
        }
       }

       //变化的 quack() 行为实现类之三
       public class MuteQuack implements QuackBehavior {
        public void quack() {
            System.out.println("<< Slience >>");
        }
       }

经过以上设计，fly()行为以及quack()行为已经和Duck.java没有什么关系，能够充分获得复用。并且咱们很容易增长新的行为, 既不影响现有的行为，也不影响Duck.java。可是，你们可能有个疑问，就是在面向对象中行为不是体现为方法吗？为何如今被定义造成类(例如Squeak.java)？在OO中，类表明的"东西"通常是既有状态(实例变量）又有方法。只是在本例中碰巧"东西"是个行为。既使是行为，也有属性及方法，例如飞行行为，也须要一些属性记录飞行的状态，如飞行高度、速度等。

    2) 整合变化的内容和不变的内容

       Duck.java将 fly()以及quack()的行为委拖给行为类处理。

       不变的内容：编码

       public abstract class Duck {
            //将行为类声明为接口类型，下降对行为实现类型的依赖
        FlyBehavior flyBehavior;
        QuackBehavior quackBehavior;

        public void performFly() {
            //不自行处理fly()行为，而是委拖给引用flyBehavior所指向的行为对象
            flyBehavior.fly();
        }

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

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

       Duck.java不关心如何进行 fly()以及quack(), 这些细节交由具体的行为类完成。
       
       public class MallardDuck extends Duck{
        public MallardDuck() {
            flyBehavior=new FlyWithWings();
            quackBehavior=new Quack();        
        }
        
        public void display() {
            System.out.println("Green head.");
        }
       }

测试类：spa

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

在Duck.java子类型MallardDuck.java的构造方法中，直接实例化行为类型，在编译的时侯便指定具体行为类型。固然，咱们能够：

       1) 咱们能够经过工厂模式或其它模式进一步解藕(可参考后续模式讲解);
       2) 或作到在运行时动态地改变行为。

    3) 动态设定行为

       在父类Duck.java中增长设定行为类型的setter方法，接受行为类型对象的参数传入。为了降藕，行为参数被声明为接口类型。这样，既便在运行时，也能够经过调用这二个方法以改变行为。设计

public abstract class Duck {
        //在刚才Duck.java中加入如下二个方法。
        public void setFlyBehavior(FlyBehavior flyBehavior) {
            this.flyBehavior=flyBehavior;
        }
        
        public void setQuackBehavior(QuackBehavior quackBehavior) {
            this.quackBehavior=quackBehavior;
        }

        //其它方法同，省略...
       }

测试类：code

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

若是，咱们要加上火箭助力的飞行行为，只需再新建FlyBehavior.java接口的实现类型。而子类型可经过调用setQuackBehavior(...)方法动态改变。至此，在Duck.java增长新的行为给咱们代码所带来的困绕已不复存在。

    该是总结的时侯了，让咱们从代码的水中浮出来，作一只在水面上自由游动的鸭子吧:

    3. 解决方案

        MallardDuck 继承 Duck抽象类；          -> 不变的内容
        FlyWithWings 实现 FlyBehavior接口；     -> 变化的内容,行为或算法
    在Duck.java提供setter方法以装配关系；    -> 动态设定行为

    以上就是策略模式的实现三步曲。接下来，让咱们透过步骤看本质:

    1) 初始，咱们经过继承实现行为的重用，致使了代码的维护问题。          -> 继承, is a
    2) 接着，咱们将行为剥离成单独的类型并声明为不变内容的实例变量并经过 -> 组合, has a
       setter方法以装配关系；

        继承，能够实现静态代码的复用；组合，能够实现代码的弹性维护；使用组合代替继承，可使代码更好地适应软件开发完后的需求变化。

    策略模式的本质：少用继承，多用组合

另外总结以下：

1.经过继承实现的代码复用容易引发牵一发而动全身的弊端。并且在父类中添加方法可使不用拥有此方法的类也拥有此方法。
2.经过组合实现的代码复用更具弹性，并且便于扩展。
3.面向抽象编程能够提升程序的复用率。增长灵活性。 4.策略模式的核心是，将问题的可变性和不可变性分开处理，将可变性单独抽取成接口，而且按照具体策略对其进行不一样的实现，再经过类的组合达到代码复用，避免继承复用代码，每当须要添加新的方法是，就添加对应的接口和实现类，解决继承形成的代码复用问题。