基于lambda简化设计模式

前言

虽说使用设计模式可以让复杂的业务代码变得清晰且易于维护，但是某些情况下，开发可能会遇到我为了简单的业务逻辑去适配设计模式的情况，本文笔者就以四种常见的设计模式为例，演示如何基于lambda来简化设计模式的实现。

策略模式

我们的项目中会涉及各种各样的校验，可能是校验电话号码、单双数、字符串长度等，为此我们希望通过策略模式来封装这些校验规则。

第一步自然是通过接口来定义策略，编写一个名为execute方法，让用户传入字符串，返回校验结果的布尔值：

/**
 * 定义策略模式的接口
 */
public interface ValidationStrategy {
    /**
     * 校验该字符串是否符合要求，若符合则返回true
     * @param str
     * @return
     */
    boolean execute(String str);
}

然后将这个策略接口聚合到我们的校验器中，后续我们就可以按照需求传入对应的校验策略即可：

/**
 * 校验工具，将策略接口成员成员属性，起到依赖抽象的作用
 */
public class Validator {
    private ValidationStrategy strategy;

    public Validator() {
    }

    public Validator(ValidationStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public boolean validate(String str) {
        return strategy.execute(str);
    }
}

假如我们需要校验这个字符串是否全为字符串小写，那么我们就可以封装这样一个类:

/**
 * 判断是否全为小写
 */
public class IsAllLowerCase implements ValidationStrategy {
    @Override
    public boolean execute(String str) {
        return str.matches("[a-z]+");
    }
}

同理，如果我们需要判断是否全为数字，则可以这样写:

/**
 * 判断传入字符是否全为数字
 */
public class IsNumeric implements ValidationStrategy {
    @Override
    public boolean execute(String str) {
        return str.matches("\\d+");
    }
}

使用时，我们只需按需传入校验规则即可：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //校验是否全为数字
        Validator v1 = new Validator(new IsNumeric());
        System.out.println(v1.validate("1234"));
        //校验是否全是小写
        Validator v2 = new Validator(new IsAllLowerCase());
        System.out.println(v2.validate("dalhl"));

    }
}

输出结果如下:

bash 复制代码

true
true

不知道读者是否可以发现问题，规则的校验往往只是一两行代码，为了适配规则校验所用到的策略模式，开发者往往需要对此额外创建一个类，要知道字符校验的规则是成百上千的，并且很多校验规则很可能仅仅是某个业务才会用到的。

所以我们是否有办法做到既能适配策略模式，又避免为了一段简单的校验代码而去创建一个类呢？

查看我们校验策略接口ValidationStrategy的定义，它要求传入一个String返回一个boolean，由此我们想到了java8提供的函数时接口Function，其定义如下所示，可以根据泛型要求要指明泛型T和R，apply方法要求传入一个T，这里可以直接理解为我们的String，然后返回一个R，同理代入我们的boolean:

java 复制代码

@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {

    /**
     * Applies this function to the given argument.
     *
     * @param t the function argument
     * @return the function result
     */
    R apply(T t);

	.......

}

按照java8的lambda语法糖，Function<T, R>只有一个需要实现的方法R apply(T t)，我们完全可以表面类的创建，取而代之的是这样一段表达式:

java 复制代码

t->R

查看我们ValidationStrategy的定义，它也是只有一个方法execute，我们完全可以将其视为Function<String, Boolean>，即可得表达式s->boolean：

由此我们得出下面这段代码，可以看到根据接口的定义匹配java8对应的函数时接口，然后基于lambda表达式即可完成创建，这样做法避免了类的生命，避免了简单逻辑复杂化实现的问题：

public static void main(String[] args) {
        //校验是否全为数字
        Validator v1 = new Validator((s) -> s.matches("\\d+"));
        System.out.println(v1.validate("1234"));
        //校验是否全是小写
        Validator v2 = new Validator(s -> s.matches("[a-z]+"));
        System.out.println(v2.validate("dalhl"));

    }

模板方法

银行接待VIP顾客的核心流程为:

查询顾客是否是VIP。
招待顾客，为顾客办理业务。

所有银行的大体流程都是这样，唯一的区别就是第2步，对此我们可以使用模板方法模式，创建一个抽象类，将第1步抽出来，而第2步按照不同银行进行不同的实现：

java 复制代码

public abstract class Banking {

    public void processCustomer(int id) {
        //查询会员名
        String customer = getCustomerWithId(id);
        //招待会员
        makeCustomerHappy(customer);
    }

    private String getCustomerWithId(int id) {
        return RandomUtil.randomString(5);
    }

    protected abstract void makeCustomerHappy(String customer);
}

对应两个银行的实现代码,先来看看BankingA 的招待逻辑:

java 复制代码

public class BankingA extends Banking {
    @Override
    protected void makeCustomerHappy(String customer) {
        System.out.println("请"+customer+"吃饭，并为其办理业务");
    }
}

BankingB的招待逻辑:

java 复制代码

public class BankingB extends Banking {
    @Override
    protected void makeCustomerHappy(String customer) {
        System.out.println("请" + customer + "喝茶，并为其办理业务");
    }
}

测试代码如下：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        BankingA bankingA = new BankingA();
        bankingA.processCustomer(1);

        BankingB bankingB= new BankingB();
        bankingB.processCustomer(1);

    }

对应输出结果:

java 复制代码

请6brkb吃饭，并为其办理业务
请autjm喝茶，并为其办理业务

还是一样的问题，找到会员是一段无返回值的简单输出，为了适配模板方法，这一行代码也还是要创建一个类，所以我们还是需要用lambda对其进行简化。

查看抽象方法makeCustomerHappy的定义，它要求传入一个传入而返回一个void，查阅java8对应的函数式接口，我们找到了Consumer：

java 复制代码

@FunctionalInterface
public interface Consumer<T> {

    /**
     * Performs this operation on the given argument.
     *
     * @param t the input argument
     */
    void accept(T t);

于是我们得出公式s->Void：

对此我们将抽象类Banking 加以改造，将抽象方法makeCustomerHappy改为Consumer接口：

java 复制代码

public abstract class Banking {

    public void processCustomer(int id, Consumer<String> makeCustomerHappy) {
        //查询会员名
        String customer = getCustomerWithId(id);
        //招待会员
        makeCustomerHappy.accept(customer);
    }

    private String getCustomerWithId(int id) {
        return RandomUtil.randomString(5);
    }

}

这样一来，后续的调用即可用一段lambda实现：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Banking bankingA = new Banking();
        bankingA.processCustomer(1,customer-> System.out.println("请"+customer+"吃饭，并为其办理业务"));

        Banking bankingB = new Banking();
        bankingB.processCustomer(1,customer-> System.out.println("请"+customer+"喝茶，并为其办理业务"));

    }
}

观察者模式

观察者模式算是最经典也最好理解的设计模式，观察者只需将自己注册到感兴趣的主题上，一旦有主题更新就会及时通知观察者，观察者按照自己的需要进行响应处理。

对此我们首先定义观察者的接口:

/**
 * 观察者
 */
public interface Observer {
    void inform(String msg);
}

接下来就是主题:

public interface Subject {

    void registerObserver(Observer observer);

    void notifyObserver();
}

创建一个观察者1以及观察者2以及实现他们对自己感兴趣主题时会做出的反馈输出方法inform:

public class Observer1 implements Observer {
    @Override
    public void inform(String msg) {
        System.out.println("观察者1收到通知，内容为：" + msg);
    }
}

public class Observer2 implements Observer {
    @Override
    public void inform(String msg) {
        System.out.println("观察者2收到通知，内容为：" + msg);
    }
}

最后就是主题类的实现，我们将观察者聚合，如果观察者对SubJect1 感兴趣，则通过registerObserver完成注册，一旦主题要发布新消息就可以通过notifyObserver及时通知每一个订阅者:

public class SubJect1 implements Subject {

    private String msg;


    public SubJect1(String msg) {
        this.msg = msg;
    }

    private List<Observer> observerList = new ArrayList<>();

    @Override
    public void registerObserver(Observer observer) {
        observerList.add(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObserver() {
        observerList.forEach(o -> o.inform(msg));
    }
}

测试代码和对应输出结果如下所示：

public static void main(String[] args) {
        SubJect1 subJect1 = new SubJect1("请大家学习《基于lambda简化设计模式》");
        //注册订阅者
        subJect1.registerObserver(new Observer1());
        subJect1.registerObserver(new Observer2());
        //主题发起通知
        subJect1.notifyObserver();
    }

输出结果:

java 复制代码

观察者1收到通知，内容为：请大家学习《基于lambda简化设计模式》
观察者2收到通知，内容为：请大家学习《基于lambda简化设计模式》

很明显的Observer的inform是典型的Consumer接口，我们直接将其简化：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        SubJect1 subJect1 = new SubJect1("请大家学习《基于lambda简化设计模式》");
        //注册订阅者
        subJect1.registerObserver(s -> System.out.println("观察者1收到消息" + s));
        subJect1.registerObserver(s -> System.out.println("观察者2收到消息" + s));
        //主题发起通知
        subJect1.notifyObserver();
    }

责任链模式

我们希望字符串被对象1处理完成之后要转交给对象2处理，并且我们后续可能还会交给更多的对象处理，通过对需求的梳理和抽象，这个功能完全可以通过责任链模式来实现。

首先声明公共抽象类，可以看到考虑类的通用性笔者将这个类的入参设置为泛型，并且公共方法handle的步骤为:

调用自己的handWork处理输入数据，handWork交给实现类自行编写。

若successor不为空，则将处理结果交给下一个处理器处理，由此构成一条处理链。

public abstract class ProcessingObject<T> {

 /**
  * 下一个处理器
  */
 private ProcessingObject<T> successor;

 public ProcessingObject<T> getSuccessor() {
     return successor;
 }

 public void setSuccessor(ProcessingObject<T> successor) {
     this.successor = successor;
 }

 public T handle(T input) {
     //先自己处理完，如果有后继责任链，则交给后面的责任链处理，递归下去
     T t = handWork(input);
     if (successor != null) {
         return successor.handWork(t);
     }
     return t;
 }

 /**
  * 自己的处理逻辑
  *
  * @param intput
  * @return
  */
 abstract T handWork(T intput);

}

对应的我们基于这个抽象类实现两个字符处理器，ProcessingStr1会将收到的中文逗号换位英文逗号：

java 复制代码

public class ProcessingStr1 extends ProcessingObject<String> {


    @Override
    String handWork(String intput) {
        return intput.replace("，", ",");
    }
}

而ProcessingStr2 会将中文句号替换为英文句号：

java 复制代码

public class ProcessingStr2 extends ProcessingObject<String> {


    @Override
    String handWork(String intput) {
        return intput.replace("。", ".");
    }
}

测试代码和输出结果如下：

public static void main(String[] args) {
        ProcessingObject<String> p1 = new ProcessingStr1();
        ProcessingObject<String> p2 = new ProcessingStr2();
        p1.setSuccessor(p2);
        System.out.println(p1.handle("hello，world。"));
    }

可以看到所有的中文符号都被替换成英文符号了:

java 复制代码

hello,world.

话不多说，不难看出上文这种传入String返回String的方法，我们完全可以使用UnaryOperator函数式接口实现表达式。

从UnaryOperator源码可知，它继承Function，我们只需传入泛型T即可得到一个Function<T, T>，从而让我们得到一个T->T的Function表达式：

java 复制代码

@FunctionalInterface
public interface UnaryOperator<T> extends Function<T, T> {

    /**
     * Returns a unary operator that always returns its input argument.
     *
     * @param <T> the type of the input and output of the operator
     * @return a unary operator that always returns its input argument
     */
    static <T> UnaryOperator<T> identity() {
        return t -> t;
    }
}

而责任连的方式也很简单，因为UnaryOperator是Function的子类，这意味着我们可以使用Function的andThen将所有的UnaryOperator完成衔接：

 UnaryOperator<String> p1 = i -> i.replace("，", ",");
        UnaryOperator<String> p2 = i -> i.replace("。", ".");

        p1.andThen(p2);
        System.out.println(p1.apply("hello，world。"));

小结

为了适配设计模式常会出现为了一段简单的逻辑，而去编写大量实现类的情况，所以我们建议，对于逻辑比较简单且需要适配设计模式的功能，可以尝试找到合适的函数式接口简化功能的实现，避免大量类文件的声明。

参考

Java 8 in Action