一、先从简单的模拟鸭子应用做起
Joe上班的公司做了一套相当成功的模拟鸭子游戏。游戏中会出现各种鸭子,一边游泳戏水,一边呱呱叫。此系统的内部设计使用了标准的OO技术,设计了一个鸭子超类,并让各种鸭子继承此超类。
二、现在我们得让鸭子能飞
主管们决定,此模拟程序需要会飞的鸭子来将竞争者抛在后头。当然,在这个时候,Joe的经理跑胸脯告诉主管们,Joe只需要一个星期就可以搞定。“毕竟,Joe是一个OO程序员……这有什么困难”
Joe想:我只需要在Duck类中加上fly()方法,然后所有鸭子都会继承fly()。这是我大显身手展示OO才华的时候了。
三、但是,可怕的问题发生了
Joe突然接到经理的电话:Joe,我正在股东会议上,刚刚看了一下展示,有很多“橡皮鸭子”在屏幕上飞来飞去,这是你在开玩笑吗?你可能需要开始去逛逛拉勾网了(小心被炒鱿鱼)……怎么回事?Joe忽略了一件事:并非Duck所有的子类都会飞。Joe在Duck超类中加入新的行为,会使得某些并不适合该行为的子类也具有该行为。现在可好了!程序中有了一个无生命的会飞的东西。Joe体会到:
- 对代码所做的局部修改,影响层面可不只是局部。
- 当涉及维护时,为了复用目的而使用继承,结局并不完美。
四、利用接口如何?
Joe认识到继承可能不是答案,我可以把fly()从超类中取出来,放进一个Flyable接口中。这么一来,只有会飞的鸭子才实现此接口。同样的方式,也可以用来设计一个Quackable接口,因为不是所有的鸭子都会叫。
你觉得这个设计如何?
虽然Flyable与Quackable可以解决“一部分”问题(不会再有会飞的橡皮鸭),但是却造成代码无法复用,这只能算是从一个噩梦跳进另一个噩梦。(继承、组合都能达到代码复用的效果,但用组合能使代码耦合度更低)具体来说,如果MallardDuck和RubberDuck的quack()实现是一样呢?目前这种接口的设计就需要在MallardDuck和RubberDuck中重复实现一遍quack()。同理,如果MallardDuck和RedheadDuck的fly()实现是一样的呢?同样需要重复实现一遍fly()。即:用接口的方式无法实现代码复用。
五、按照我以前的思维,我可能会想到这样设计
从现在看是糟糕的设计,问题如下:
- 继承层级太多,不可控。如有需求变动,可能需要调整继承关系才能适应新的需求
- QuackableDuck和FlyableDuck是“虚拟”的Duck,严格来讲不是IS-A Duck
- 如果MallardDuck和RubberDuck的quack()实现是一样呢?MallardDuck和RubberDuck是兄弟关系,不是继承关系,所以无法复用,需要在MallardDuck和RubberDuck中重复实现一遍quack()。即:虽然用了一堆继承,但这种方式不能完全实现代码复用。
六、把问题归零
现在我们知道使用继承并不能很好地解决问题,因为鸭子的行为在子类里不断地改变,并且让所有的子类都有这些行为是不恰当的。Flyable与Quackable接口一开始似乎还挺不错,解决了问题(只有会飞的鸭子才继承Flyable),但是Java接口不具有实现代码(Java 8开始接口有默认实现),所以继承(实现)接口无法达到代码的复用。有一个设计原则,恰好用于此状况:找出应用中可能需要变化之处,把它们独立出来,不要和那些不需要变化的代码混在一起
好,该是把鸭子的行为从Duck类中取出来的时候了!
七、分开变化和不会变化的部分
我们知道Duck类内的fly()和quack() 会随着鸭子的不同而改变。为了要把这两个行为从Duck类中分开,我们将把它们从Duck类中取出来,建立一组新类来代表每个行为。
八、设计鸭子的行为
新的设计我们将遵循一个设计原则:针对接口编程,而不是针对实现编程
我们利用接口代表每个行为,比方说,FlyBehavior与QuackBehavior,而行为的每个实现都将实现其中的一个接口。所以这次鸭子类不会负责实现Flyable与Quackable接口,反而是由我们制造一组其他类专门实现FlyBehavior与QuackBehavior,这就称为“行为”类。由行为类而不是Duck类来实现行为接口。这样的做法迥异于以往,以前的做法是:行为来自Duck超类的具体实现,或是实现某个接口并由子类自行实现而来。这两种做法都是依赖于“实现”,我们被实现绑得死死的,没办法更改行为(除非写更多代码)在我们的新设计中,鸭子的子类将使用接口(FlyBehavior与QuackBehavior)所表示的行为,所以实际的“实现”不会被绑死在鸭子的子类中。
九、实现鸭子的行为
在此,我们有两个接口,FlyBehavior和QuackBehavior,还有它们对应的类,负责实现具体的行为。
这样的设计,可以让飞行和呱呱叫的动作被其他的对象复用,因为这些行为已经与鸭子类无关了。而我们可以新增一些行为,不会影响到既有的行为类。
十、整合鸭子的行为
关键在于,鸭子现在会将飞行和呱呱叫的动作“委托”别人处理,而不是使用定义在Duck类(或子类)内的呱呱叫和飞行方法。
十一、编码
1、FlyBehavior与行为实现类
public interface FlyBehavior {
public void fly();
}
public class FlyWithWings implements FlyBehavior{
@Override
public void fly() {
System.out.println("用翅膀飞");
}
}
public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
@Override
public void fly() {
System.out.println("不会飞");
}
}
2、QuackBehavior与行为实现类
public interface QuackBehaivor {
public void quack();
}
public class Quack implements QuackBehaivor {
@Override
public void quack() {
System.out.println("呱呱叫");
}
}
public class MuteQuack implements QuackBehaivor {
@Override
public void quack() {
System.out.println("不会叫");
}
}
3、Duck与子类
public abstract class Duck {
FlyBehavior flyBehavior;
QuackBehaivor quackBehavior;
public abstract void display();
public void performFly() {
flyBehavior.fly();
}
public void performQuack() {
quackBehavior.quack();
}
public void swim() {
System.out.println("所有的鸭子都会漂浮");
}
// 动态设置飞行行为
public void setFlyBehavior(FlyBehavior flyBehavior) {
this.flyBehavior = flyBehavior;
}
//动态设置叫的行为
public void setQuackBehavior(QuackBehaivor quackBehavior) {
this.quackBehavior = quackBehavior;
}
}
public class MallardDuck extends Duck {
@Override
public void display() {
System.out.println("我是绿头鸭");
}
}
4、测试类
public class MiniDuckSimulator {
public static void main(String []args) {
Duck mallard = new MallardDuck();
mallard.setFlyBehavior(new FlyWithWings());//用翅膀飞
mallard.setQuackBehavior(new Quack());//呱呱叫
mallard.performFly();
mallard.performQuack();
}
}
十二、个人见解
以上为《Head First设计模式》中策略模式章节提供的方案,基本上没有问题,但有一点我不太认同,那就是将FlyBehavior flyBehavior、QuackBehaivor quackBehavior 定义在基类Duck中,并提供performFly、performQuack方法,这样不还是所有鸭子都有“叫”和“飞”的能力吗?我认为应该将FlyBehavior、QuackBehaivor分别声明在具有这些行为的鸭子子类里,而不是基类Duck中。
十三、“有一个”可能比“是一个”更好
“有一个”关系相当有趣:每一鸭子都有一个FlyBehavior和一个QuackBehavior,好将飞行和呱呱叫委托给它们代为处理。
当你将两个类结合起来用,如同本例一般,这就是组合。这种做法和“继承”不同的地方在于,鸭子的行为不是继承来的,而是和适当的行为对象“组装”来的。这个技巧是一个很重要的设计原则:多用组合,少用继承
如你所见,使用组合建立系统具有很大的弹性,不仅可将算法族封装成类,更可以“在运行时动态地改变行为”,只要组合的行为对象符合正确的接口标准即可。
十四、这就是策略模式
策略模式:定义了算法族,分别封装起来,让它们之间可以互相替换,此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。
十五、策略模式结构
策略模式的结构包括三种角色:
- 策略(Strategy):策略是一个接口,该接口定义算法标识。
- 具体策略(ConcreteStrategy):具体策略是实现策略接口的类。具体策略实现策略接口所定义的抽象方法,即给出算法标识的具体算法。
- 上下文(Context):上下文是依赖于策略接口的类,即上下文包含有策略声明的变量。上下文中提供了一个方法,该方法委托策略变量调用具体策略所实现的策略接口中的方法。
策略模式接口的类图如下所示:
十六、策略模式的优点
- 上下文和具体策略是松耦合关系。因此上下文只知道它要使用某一个实现Strategy接口类的实例,但不需要知道具体是哪一个类。
- 策略模式满足“开-闭原则”。当增加新的具体策略时,不需要修改上下文类的代码,上下文就可以引用新的具体策略的实例。
十七、适合使用策略模式的情景
- 一个类定义了多种行为,并且这些行为在这个类的方法中以多个条件语句的形式出现,那么可以使用策略模式在类中使用大量的条件语句。
- 程序不希望暴露复杂的、与算法有关的数据结构,那么可以使用策略模式来封装算法。
- 需要使用一个算法的不同变体。
十八、用策略模式实现一款冒险游戏
练习:现在需要设计一款冒险游戏,该游戏有各种角色,和各种武器,每个角色可以使用一种武器,但是可以在游戏的过程中换武器。
分析:Character(角色)是抽象类,由具体的角色来继承。具体的角色包括:国王(King)、皇后(Queen)、骑士(Knight)、妖怪(Troll) 。而Weapon(武器)是接口,由具体的武器来实现。所有实际的角色和武器都是具体类。
任何角色如果想换武器,可以调用setWeapon()方法,此方法定义在Character超类中。在打斗(flight)过程中,会调用到目前武器的useWeapon()方法,攻击其他角色。
设计图如下:
--说明:整理自《Head First设计模式》、《Java设计模式》--