【再探】设计模式—职责链模式、命令模式及迭代器模式

黄名富2024-06-02 19:24

行为型设计模式研究系统在运行时对象之间的交互，进一步明确对象的职责。有职责链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式及访问模式共11种。

1 职责链模式

需求：1) 请求能被多个处理器处理，对处理顺序有要求。2) 请求与处理器解耦，具体被哪个处理器处理未知，可动态决定其处理器。

1.1 职责链模式介绍

通过建立一条链来组织请求的处理者。请求将沿着链进行传递，请求发送者无需知道请求在何时、何处及如何被处理，实现了请求发送者与处理者的解耦。

图 职责链模式UML

public class ChainOfResponsibility {

    public static void main(String[] args) {
        RequestHandler requestHandler = generateChain();
        List<CustomRequest> requestList = generateRequest();
        for (CustomRequest request : requestList) {
            try {
                requestHandler.handle(request);
            } catch (Exception e) {
                System.err.println(e.getMessage());
            }
        }
    }

    private static RequestHandler generateChain() {
        RequestHandler handler = new SubjectHandler();
        RequestHandler usernameHandler = new UserNameHandler(handler);
        return new IpRequestHandler(usernameHandler);
    }

    private static List<CustomRequest> generateRequest() {
        List<CustomRequest> list = new ArrayList<>();
        list.add(new CustomRequest("localhost", "user"));
        list.add(new CustomRequest("172.34.43.32", "admin"));
        list.add(new CustomRequest("172.34.24.24", "user"));
        return list;
    }

    private static class CustomRequest {
        String ip;
        String username;

        public CustomRequest(String ip, String username) {
            this.ip = ip;
            this.username = username;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "CustomRequest{" +
                    "ip='" + ip + '\'' +
                    ", username='" + username + '\'' +
                    '}';
        }
    }

    private static abstract class RequestHandler {

        protected final RequestHandler handler;

        public RequestHandler(RequestHandler handler) {
            this.handler = handler;
        }

        abstract void handle(CustomRequest request);
    }

    private static class IpRequestHandler extends RequestHandler{

        private static final String[] BLACK_IPS = {"localhost","127.0.0.1"};

        public IpRequestHandler(RequestHandler handler) {
            super(handler);
        }

        @Override
        void handle(CustomRequest request) {
            if (request.ip == null) {
                throw new RuntimeException("请求IP 不合法");
            } else {
                for (String str : BLACK_IPS) {
                    if (request.ip.contains(str)) throw new RuntimeException("请求IP 不合法");
                }
            }
            handler.handle(request);
        }
    }

    private static class UserNameHandler extends RequestHandler {

        public UserNameHandler(RequestHandler handler) {
            super(handler);
        }

        @Override
        void handle(CustomRequest request) {
            if (request.username == null) {
                throw new RuntimeException("用户名不能为空");
            } else {
                if (request.username.contains("admin")) throw new RuntimeException("用户名不合法");
            }
            handler.handle(request);
        }
    }

    private static class SubjectHandler extends RequestHandler {

        public SubjectHandler() {
            super(null);
        }

        @Override
        void handle(CustomRequest request) {
            System.out.println("请求到达目标处理器：" + request);
        }
    }

}

|---------|--------------------------------------------------------------------|
| 纯职责链模式 | 要求一个具体处理者对象只能在两个行为中选择一个：要么承担全部责任，要么将责任推给下家，而且一个请求必须被某一个处理者对象所处理。 |
| 不纯职责链模式 | 允许一个具体处理者部分被处理好再向下传递，或者一个具体处理者处理完某请求后，后继处理者可以继续处理该请求。一个请求最终可以不被处理。 |

图 职责链模式的两种类型

1.2 优缺点

优点：

  1. 将请求发送者与接收者解耦，请求发送者无需知道请求会被哪个处理器处理。
  2. 当系统需要增加一个新的处理者时，无需修改原有系统代码，符合开闭原则。

缺点：

  1. 不能保证请求一定会被处理。如果职责链没有被正确配置，则请求可能得不到处理。
  2. 如果建链不当，则可能会造成循环调用。
  3. 如果职责链较长，系统性能将受到一定影响，代码调试也不方便。

2 命令模式

需求：1）将命令发送者与命令接收者解耦，命令发送者不必关系接收者的接口、命令何时被处理等。2）能对命令发送者发出的命令进行记录、撤销等。3）发送者能发出一系列命令，这些命令能按某种顺序被处理。

2.1 命令模式介绍

引入一个命令类，来降低发送者与接收者的耦合度。将一个命令封装成一个命令对象，发送者只需指定一个命令对象，再通过命令对象来调用接收者的处理方法。

图 命令模式UML

public class CommandPattern {

    public static void main(String[] args) { // 进入餐馆
        String[] food_menu = {"麻婆豆腐","红烧茄子","莴笋炒肉","辣子鸡丁","香干炒肉","黄焖鸡"};
        Cook[] cooks = new Cook[4];
        for (int i = 0; i < cooks.length; i++) { // 招募厨子
            cooks[i] = new Cook();
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) { // 来了客户点单
            Customer order = new Customer(i);
            CookingCommand command = new CookingCommand(cooks);
            order.placeOrder(command,food_menu);
        }
    }


    private static class Customer {

        private final int id;

        public Customer(int id) {
            this.id = id;
        }

        void placeOrder(Command command, String[] foodNames) {
            Random random = new Random();
            int num = random.nextInt(foodNames.length) + 1;
            Set<String> foods = new HashSet<>();
            while (num > 0) {
                String foodName = foodNames[random.nextInt(foodNames.length)];
                if (foods.add(foodName)) num--;
            }
            command.makeOrder(foods,id);
        }
    }

    private interface Command {
        void makeOrder(Collection<String> foodList,int id);
    }

    private static class CookingCommand implements Command {

        private final Cook[] cookList;

        public CookingCommand(Cook[] cookList) {
            this.cookList = cookList;
        }

        @Override
        public void makeOrder(Collection<String> foodList,int id) {
            System.out.println("客户:" + id + ",下单：" + foodList);
            new Thread(() -> {
                Date date = new Date();
                List<String> finished = new ArrayList<>();
                for (String food : foodList) {
                    boolean cooking = true;
                    int pos = 0;
                    while (cooking) {
                        Cook cook = cookList[pos];
                        try {
                            String finishedFood = cook.cooking(food);
                            finished.add(finishedFood);
                            cooking = false;
                        } catch (Exception e) {
                            pos = (pos + 1) % cookList.length;
                        }
                    }
                }
                Date finishedDate = new Date();
                long distance = (finishedDate.getTime() - date.getTime()) / 1000 ;
                System.out.println("订单：" + id + "完成，耗时：" + distance + "秒," + finished);
            }).start();
        }
    }

    private static class Cook {

        private Boolean isBusy = false;

        private String cooking(String foodName) throws Exception {
            if (isBusy) {
                throw new Exception("没空！");
            }
            isBusy = true;
            System.out.println(foodName + "制作中...");
            synchronized (this) {
                Thread.sleep(2000);
            }
            isBusy = false;
            return "f-" + foodName;
        }
    }

}

2.1.1 命令队列模式

当一个请求发送者发送一个请求时，不止一个请求接收者产生响应，这些请求接收者将逐个执行业务方法，完成对请求的处理。

图 命令队列模式 UML

public class CommandQueuePattern {

    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student();
        Teacher teacher = new Teacher();
        Command teacherCommand = new TeacherCommand(teacher);
        Command studentCommand = new StudentCommand(student);

        CommandQueue commandQueue = new CommandQueue();
        commandQueue.addCommand(teacherCommand);
        commandQueue.addCommand(studentCommand);

        School school = new School();
        school.setCommandQueue(commandQueue);
        school.releaseTestNote("3周以后进行考试");
    }

    private static class School {
        private CommandQueue commandQueue;

        public void setCommandQueue(CommandQueue commandQueue) {
            this.commandQueue = commandQueue;
        }

        public void releaseTestNote(String content) {
            if (commandQueue != null) commandQueue.execute(content);
        }
    }

    private static class CommandQueue{
        private final List<Command> commandList = new ArrayList<>();

        public void addCommand(Command command) {
            commandList.add(command);
        }

        public void clearCommand() {
            commandList.clear();
        }

        public void execute(String content) {
            for (Command command : commandList) command.execute(content);
        }
    }

    private static abstract class Command {
        void execute(String content) {
            SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:sss");
            System.out.println("收到通知:" + content + "," + dateFormat.format(new Date()));
            invoke(content);
        }

        abstract void invoke(String content);
    }

    private static class TeacherCommand extends Command {

        private final Teacher teacher;

        public TeacherCommand(Teacher teacher) {
            this.teacher = teacher;
        }

        @Override
        void invoke(String content) {
            if (teacher != null) teacher.developPlan();
        }
    }

    private static class StudentCommand extends Command {

        private final Student student;

        public StudentCommand(Student student) {
            this.student = student;
        }

        @Override
        void invoke(String content) {
            if (student != null) student.review();
        }
    }

    private static class Teacher {
        public void developPlan() {
            System.out.println("老师开始制定复习计划");
        }
    }

    private static class Student {
        public void review() {
            System.out.println("学生开始复习");
        }
    }

}

2.2 优缺点

优点：

  1. 将请求调用者与请求接收者解耦，使得调用者不必关心接收者的接口、请求何时被处理等。
  2. 将请求封装成一个对象，可以对这请求进行处理。例如记录日志。
  3. 增加新的命令很容易，无须修改原有系统代码结构，甚至客户端代码，符合开闭原则。
  4. 可以比较容易设计成一个命令队列。

缺点：

  1. 会导致系统有过多的具体命令类，同时可能会降低系统性能。

3 迭代器模式

需求：1）将聚合对象存储职责与遍历职责分离开。2）为一个聚合对象提供多种遍历方式。

3.1 迭代器模式介绍

提供一种方法来访问聚合对象，而不用暴露这个对象的内部表示。

图 迭代器模式 UML

public class CustomList<T> {

    public static void main(String[] args) {
        CustomList<Integer> list = new CustomList<>();
        for (int i = 0; i < 21; i++) list.addItem(i);
        Iterator<?> iterate = list.createIterate();
        while (iterate.hasNext()) System.out.println(iterate.next());
    }

    public Iterator<T> createIterate() {
        return new CustomIterator();
    }

    public interface Iterator<E> {
        E first();

        E next();

        boolean hasNext();

        E currentItem();
    }

    private class CustomIterator implements Iterator<T> {

        private int pos = 0;

        @SuppressWarnings("unchecked")
        @Override
        public T first() {
            if (currentPos <= 0) {
                throw new RuntimeException("访问超出界限");
            }
            return (T)items[0];
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        @Override
        public T next() {
            if (hasNext()) {
                return (T)items[pos++];
            }
            return null;
        }

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return pos < currentPos;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        @Override
        public T currentItem() {
            if (pos == 0) return first();
            return (T)items[pos-1];
        }
    }

    private static final int INIT_LENGTH = 20;

    Object[] items;

    private int currentPos = 0;

    public CustomList() {
        this.items = new Object[INIT_LENGTH];
    }

    public void addItem(T item) {
        checkArrayLength();
        items[currentPos++] = item;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public T getItem(int pos) {
        if (pos >= currentPos) {
            throw new RuntimeException("访问超出界限");
        }
        return (T)items[pos];
    }

    private void checkArrayLength() {
        if (currentPos == items.length) {
            items = Arrays.copyOf(items,items.length * 2);
        }
    }

}

3.2 优缺点

优点：

  1. 支持以不同方式遍历一个聚合对象。
  2. 简化聚合类的职责，将聚合对象的访问和数据的存储分离，使得访问聚合对象无须了解其内部实现细节。

缺点：

  1. 增加了类的个数，设计难度较大。
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