设计模式

从今天开始开启设计模式专栏，我会系统的分析和总结每一个设计模式以及应用场景。那么首先，什么是设计模式呢，作为一个软件开发人员，程序人人都会写，但是写出一款逻辑清晰，扩展性强，可维护的程序就不是那么容易做到了。现实世界的问题复杂多样，如何将显示问题映射到我们编写的程序中本就是困难重重。另一方面，软件开发中一个不变的真理就是“一切都在变化之中”，这种变化可能来自于程序本身的复杂度，也可能来自于客户不断变化的需求，这就要求我们在编写程序中一定要考虑变化的因素，将变化的因素抽离出来，设计出一款低耦合的程序就成了程序设计中的难点。

设计模式就是用来解决以上的这些问题的一种方法。应用好设计模式，可以让我们免受程序设计中的变化的苦恼。从设计初至今，设计模式不是一成不变的，也并不是库，它比库更加高级，而且并不是用来解决某一种特定的问题，而是广泛的面向我们在程序开发中遇到的困境。在我们学习完一门语言的相关语法后，我相信设计模式应该作为紧接着学习的重点，它会让你对相关语法的认识更加深刻。比如说java中的接口就是一例，接口是让java流行的重要原因，但是初学完接口的使用，我们并不能很好的掌握接口，只有应用好设计模式，接口才能够大放异彩，我们也才能够真正的体会到接口给面向对象设计带来的魔力。实际上，在很多流行的开源库或者框架中，我们可以看到大量的使用设计模式的例子。

在网络中，有关于设计模式的讲解不在少数，在这里我并不会引出复杂的定义，而是以例子作为基础，道出我们在软件开发中面临的问题，然后引出设计模式，看看设计模式是如何帮助我们解决这些问题的。在之后的讲解中，我都会以java为主要语言，因为它的语法足够简单，使用其他语言作为主语言的开发者触类旁通即可。

最后，关于学习设计模式，希望大家能看一些经典的书籍，不要以其他网路上的博客（包括我的）做抓手学习。毕竟别人嚼过的不香，只有自己品味才能真正理解。书籍最经典的莫过于四人组（经常简称为GoF，即Group of Four）的《设计模式：可复用面向对象软件的基础》，初学可以看《Head First设计模式》，另有一本《大话设计模式》是国人写的评价也很高，同样适合初学者。

啰嗦了这么多，接下来开始步入正题。

设计模式之一策略模式

现在的你，在一家游戏开发公司供职。某一天，你的上司让你开发出一套简单的游戏，游戏中有多个角色，每个角色可以使用武器进行攻击。你打算先以角色入手，很快你设计出了以下的模型：

但是很快，你就发现这样设计并没有一开始想象的那么美好，因为你的上司让你给角色新增一个聊天功能，这时候问题出现了。

你很快想到因为所有角色都继承于Role，所以给Role添加一个聊天方法是理所应当的：

但是这个时候，你的同事告诉你不要这样做，因为他之前设计了一些怪物模型，同样继承于Role类，很明显，怪物也可以使用武器战斗，但是他们不能参与聊天。

你很郁闷，你的同事继承了你的类却没有告诉你，不过你告诉他不用大惊小怪，只要在怪物中重写聊天方法，让他们什么都不做就好了：

但是你的同事告诉你不要逗他，因为他写的怪物少说已经有了二十几个，你不能残忍的让你的同事挨个去重写chat方法。

当你们正在商讨解决方案时，你的上司告诉你，现在角色的武器太单一了，也就是说你不能把所有的战斗实现都放在父类中，我们需要更加多样化的武器。

你很苦恼，但是作为有经验的开发人员，你很快想到可以采用接口去实现，将所有的动作都抽象成一个个接口，让子类实现需要的接口，这样可以解决上司的需求和同事的问题：

但是，这一次是你自己将自己否定了，因为你的角色设计已经进行了很多，你不想将每个角色的方法都重新实现一遍，而且，这些武器很多都是重复的，作为受过良好的OO设计课程的开发人员，你不会强迫自己去写这些重复的代码。最重要的是，你的开发经验告诉你，这些武器很可能会发生改变，如果这样设计，当发生变化时，你就不得不去检查每一个角色类，并修改其中的代码。同样的，你的同事也同意你的看法。

设计原则

现在，你迫切的希望有一种设计模式能够解救你于水火之中。不过在揭晓这个设计模式之前，我们先回到原点，看一下我们遇到的问题到底是由什么原因造成的。

我们可以看到，继承不能很好的解决我们的问题，因为角色的行为是不断发生变化的，他们使用不同的武器和技能，并且你的上司很可能会不断地要求你添加新的行为。接口看起来不错，但是接口不具有实现代码，无法做到代码的复用，这意味着如果你想将某一种行为做统一的变化，就需要一个一个类去检查方法的实现。

要解决这个问题，首先我们需要明确一些设计原则，掌握了这些设计原则，我们才能更好的运用设计模式，解决问题。

面对以上的情况，我们有一个原则正好适用，那就是“封装变化”：

找出应用中可能需要变化的地方，把它们独立出来，不要和那些固定的代码混在一起。

那么对于当前的应用来讲，战斗以及聊天功能都是变化的功能，我们就应该将他们独立出来，分别设计战斗功能和聊天功能。接下来就是如何实现这两个功能了。这又会用到一个设计原则，那就是“接口编程”：

针对接口编程，而不是针对实现编程。

相信这个原则大家都非常清楚，我就不多讲了，接下来直接上代码，这里我只分析战斗功能，其他功能也是类似的：

设计实现

首先是接口设计：

 public interface IFight {

     void fight();

 }

这个接口很简单，只是提供了fight方法，接下来我们实现几个用各种武器战斗的类：

 public class FightUseAxe implements IFight {

     @Override

     public void fight() {

         System.out.println("使用斧子战斗");

     }

 }

 ===============================================

 public class FightUseBlade implements IFight {

     @Override

     public void fight() {

         System.out.println("使用剑战斗");

     }

 }

 ===============================================

 public class FightUseKnife implements IFight {

     @Override

     public void fight() {

         System.out.println("使用匕首战斗");

     }

 }

注意上面的代码不能写在一个同一个文件中。

接下来我们对角色类进行重构：

 public abstract class Role {

     private IFight weapon;

     public void fight() {

         weapon.fight();

     }

     public void setWeapon(IFight weapon) {

         this.weapon = weapon;

     }

     public abstract void display();

 }

父类中我们实现了fight()方法，做到了统一管理，但是具体方法的实现实际上是交给子类去完成了，也就是IFight属性的赋值是在子类中完成的。接下来我们来看其中一个子类：

 public class King extends Role {

     @Override

     public void display() {

         System.out.println("显示国王的样子");

     }

     public static void main(String[] args) {

         Role role = new King();

         role.display();

         role.setWeapon(new FightUseAxe());

         role.fight();

         role.setWeapon(new FightUseBlade());

         role.fight();

     }

     /**

      * 运行结果：

      * 显示国王的样子

      * 使用斧子战斗

      * 使用剑战斗

      */

 }

我们可以看到，通过将战斗独立出来，我们实现了使用者（King）和武器的松耦合，即我们可以动态的改变角色使用的武器。同样的对于其他的角色也是一样，实际上，这是一种方法的委托，角色类不再实现战斗的具体方式，而是交给了成员属性IFight去执行。从另一方面来说，这是一种组合的概念，它和继承不同的地方在于，角色的战斗方式并不是继承而来的，而是和适当的战斗类来组合而成。在这个实例中，我们可以明显的看到组合的优势明显大于继承。

同样，这是一个很重要的设计原则，“多用组合，少用继承”。

其实，从更加抽象的角度来讲，例子中的战斗方式实际上是一种算法，通过策略模式，我们分离了使用算法的角色和算法之间的联系。因此我们可以给出策略模式的定义：

策略模式定义了算法族，分别封装起来，让他们之间可以相互替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

总结

今天我们学习了第一个设计模式即策略模式，当我们面对一些程序中可能会频繁变化的部分时可以采用此模式，它让算法的实现独立于使用算法的客户。同时我们还学习了三个面向对象设计中的重要原则：

• 封装变化
• 多用组合，少用继承
• 针对接口编程，而不针对实现编程

最后，为了巩固我们的学习成果，下面我们思考这样一个问题。在一片草原中，一群游牧民族养了一群羊和一群马，也就是说在这个草原中有三种生物，分别是人、马、羊、他们的动作有吃（eat）和睡（sleep），不过吃和睡的方式不同，马是站着吃站着睡，羊是站着吃趴着睡，人是坐着吃躺着睡。那么我们该怎样设计该OO模型，在实现功能的基础上，达到低耦合的要求，满足不断变化的需求呢？