每周学点设计模式(2)——策略模式(下)

策略模式(上) 中,留下了一些练习。通过这些练习可以了解Java API、SWT如何实际应用策略模式。下篇将给出这些练习的参考分析,欢迎大家一起讨论。

#1.请说明策略模式符合哪些面向对象设计原则?

让我们再回顾一下策略模式:

  •  策略模式中,通过接口(interface)实现了业务与具体实现的隔离。所以,策略模式符合“面向接口,而不是面向实现”的编程原则。
  • 在实现具体的策略(算法)时,通过实现接口可以方便地增加多个具体实现。所以,策略模式符合“开放封闭原则,对扩展开放,对修改封闭”。
  • 业务代码(Context)只依赖规则接口(Strategy),不依赖具体实现。所以,策略模式符合“依赖倒置原则,高层(业务模块)不依赖底层模块(具体算法),只依赖抽象接口”。

#2.请说明策略模式有什么优点和缺点。

  • 优点:遵循面向对象设计原则,降低设计耦合、便于扩展。
  • 缺点:当实现算法较多时,会增加需要维护的类的数量。可以使用工厂方法来解决。

#3.请用说明下列Java API设计中是如何使用策略模式的?

Java实例1. 集合、数组排序(sort)

实际编程中最常见的莫过于排序了。在Java API中,Collections.sort是常用方法之一(JDK7代码):

    public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
        Object[] a = list.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator)c);
        ListIterator i = list.listIterator();
        for (int j=0; j<a.length; j++) {
            i.next();
            i.set(a[j]);
        }
    }

这里调用了Arrays.sort

    public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        if (LegacyMergeSort.userRequested)
            legacyMergeSort(a, c);
        else
            TimSort.sort(a, c);
    }

    /** To be removed in a future release. */
    private static <T> void legacyMergeSort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        T[] aux = a.clone();
        if (c==null)
            mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0);
        else
            mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0, c);
    }

这里是如何运用策略模式的呢?

  • Context:是实际调用排序的代码,即Collections的类。可以看到,默认使用了TimSort进行排序,排序的算法与对象的compare具体实现无关。
  • Strategy:即具体的对象比较接口,Comparator。
  • ConcreteStrategy:具体的比较算法,通过Comparator实现。例如实现大小写敏感、大小写不敏感或任意规则的比对。

Java实例2.正则表达式

正则表达式也是日常开发常用的工具,让我们来看看Pattern, Matcher是如何运用策略模式的。下面以一段简单的正则调用代码为例:

        Pattern pattern = Pattern.compile("ab", Pattern.CASE_INSENSITIVE);
        Matcher matcher = pattern.matcher("ABcabdAb");
        // using Matcher find(), group(), start() and end() methods
        while (matcher.find()) {
            System.out.println("Found the text \"" + matcher.group()
                    + "\" starting at " + matcher.start()
                    + " index and ending at index " + matcher.end());
        }

可以看到,上面的示例中对字符串”ABcabdAb”用”ab”进行大小写不敏感匹配。

  • Context:是实际调用正则表达式匹配的代码,即Matcher类。可以看到,Matcher.find()实际执行了正则匹配并返回匹配结果。
  • Strategy:即匹配的接口。这里并没有使用Java的interface,而是通过Pattern构造函数进行了传递,只要填入了Pattern(String, int),正则表达式和匹配参数,即实现了匹配需要的接口。
  • ConcreteStrategy:具体的匹配算法,pattern字符串需要符合Java正则表达式的语法规则,而匹配的参数flags由Pattern中的常量定义。

Java实例3.线程池

在Java中,线程池的使用也十分常见。让我们看下面这段简单的示例:

        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 60,
                TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("add job_" + i + " at:" + new Date());
            SimplePrintJob job = new SimplePrintJob("job_" + i);
            threadPool.execute(job);
        }
        System.out.println("execute done!");
        threadPool.shutdown();

在构造ThreadPoolExecutor时使用了两个参数,排队策略和拒绝任务的处理策略。其中排队策略可以方便地扩展,比如实现自定义策略。而任务的拒绝处理策略。

  • Context:ThreadPoolExecutor实际执行的方法execute()。按照用户设定的排队策略和拒绝任务的处理策略执行。
  • Strategy:这里排队策略和拒绝任务的处理策略提供了各自的接口,分别是BlockingQueue<E>和RejectedExecutionHandler。
  • ConcreteStrategy:具体的排队策略和拒绝任务的处理策略,JDK中都提供了默认的实现方法。可以实现接口自定义策略进行扩展。

Java实例4.ForkJoin框架

Java7中引入了ForkJoin框架,对多线程开发带来了很大的便利。关于ForkJoin框架的介绍可参见这篇文章

ForkJoin框架通过线程并发实现了对可以分治的问题提供了统一的抽象(业务)。开发者只需继承RecursiveAction或RecursiveTask,实现对应的abstract方法,就可以高效地实现问题求解。

下面让我们来看看ForkJoin框架是如何应用策略模式:

  • Context:ForkJoinPool实际执行的方法invoke()。按照用户提供的算法实现并发执行任务。
  • Strategy:ForkJoin框架通过RecursiveTask、RecursiveAction抽象类提供策略接口。
  • ConcreteStrategy:具体的实现,比如计算斐波那契数列、排序等,可以在compute方法中实现分治拆分后的计算。

Java实例5. SWT Layout

在图形框架中,支持多种类型的布局是基本功能。对Java来说,SWT就是一个很好的示例。

SWT FillLayout

SWT RowLayout

不同的布局方式,需要提供一种方便且可扩展的设计。让我们来看看SWT中对不同Layout是如何设计的:

  • Context:SWT的抽象元素Composite实际执行的方法computerSize()。按照用户设定的布局计算大小进行绘制。
  • Strategy:SWT通过抽象类Layout提供策略接口。
  • ConcreteStrategy:具体的实现,比如FillLayout、RowLayout等,根据自身的计算方法计算布局。

总结

在策略模式上篇,介绍设计模式的基本结构、要解决的问题并列举了Java中策略模式使用的几个示例。下篇中,对具体的示例进行了分析,主要了解了:

  • 排序工具类Collections中sort的基本实现:通过比较器comparator实现不同的对象比较策略。
  • 正则表达式的Pattern实现:通过符合语法规则的正则表达式,以及匹配参数,实现不同的匹配策略。
  • 线程池ThreadPoolExecutor实现:通过提供不同的排队策略和拒绝策略,在线程池ThreadPoolExecutor的管理中,提供不同的管理策略。
  • ForkJoin框架的ForkJoinPool:通过提供并发任务线程池管理,对可分治解决的计算任务,开发者只需通过继承RecursiveAction或RecursiveTask即可实现不同的算法。
  • 图形框架SWT Layout:对于需要实现多种不同布局的图形元素,通过Layout接口即可满足各种需求的布局策略。

可以看到,策略模式中的Strategy在Java中既可以是interface,也可以是 abstract class,甚至可以是构造函数(比如正则表达式的Pattern)。但无论实现的方式如何,要解决的核心问题还是将业务实现与具体的算法(策略)分离。

本篇的示例只是Java框架、类、库中很少的一部分。目的希望在了解策略模式的同时,可以发现身边的策略模式实例,能够认出并说出为什么要采用策略模式。以此作为抛砖引玉,欢迎大家交流讨论。

关于作者: 唐尤华

我喜欢程序员,他们单纯、固执、容易体会到成就感;面对压力,能够挑灯夜战不眠不休;面对困难,能够迎难而上挑战自我。他们也会感到困惑与傍徨,但每个程序员的心中都有一个比尔盖茨或是乔布斯的梦想“用智慧开创属于自己的事业”。我想说的是,其实我是一个程序员。(新浪微博:@唐尤华

查看唐尤华的更多文章 >>



相关文章

发表评论

Comment form

(*) 表示必填项

还没有评论。

跳到底部
返回顶部