《kotlin核心编程》阅读笔记 第九章 设计模式

2022-08-18 22:48:06

《kotlin核心编程》阅读笔记 第九章 设计模式

第九章 设计模式

基于Kotlin崭新的语言特性，实现或替换了Java中部分典型设计模式。
GoF针对常见设计模式分类：创建型模式、行为型模式、结构型模式。

创建型模式

创建怎样的对象，如何且合适创建它们，以及对类和对象的配置，都是实际代码中编写中需要考虑的问题。

伴生对象增强工厂模式

工厂模式可以细分为简单工厂、工厂方法模式以及抽象工厂。它的核心作用就是通过一个工厂类隐藏对象实例的创建逻辑，而不需要暴露给客户端。典型的使用场景就是当拥有一个父类与多个子类的时候，我们可以通过这种模式来创建子类对象。
示例：需求为现在有一个电脑加工厂，同时生产个人电脑和服务器主机。

interface Computer{
    val cpu:String
}

class PC(override val cpu:String = "Core"):Computer
class Server(override val cpu: String="Xeon"):Computer

enum class ComputerType{
    PC,Server
}
class ComputerFactory {
    fun produce(type: ComputerType):Computer{
        return when(type){
            ComputerType.PC -> PC()
            ComputerType.Server -> Server()
        }
    }
}
fun main() {
    val comp = ComputerFactory().produce(ComputerType.PC)
    println(comp.cpu)
}
>>>
Core

上面的代码在不同的地方使用时都需要创建工厂类，可以将工厂类做成单例。

使用单例代替工厂类

Kotlin支持用object来实现Java中的单例模式。

object ComputerFactory {
    fun produce(type: ComputerType):Computer{
        return when(type){
            ComputerType.PC -> PC()
            ComputerType.Server -> Server()
        }
    }
}
fun main() {
    val comp = ComputerFactory.produce(ComputerType.PC)
    println(comp.cpu)
}

只需要修改一下即可。
Kotlin支持运算符重载，可以通过operator 操作符重载invoke 方法来代替 produce ，从而进一步简化；

object ComputerFactory {
    operator fun invoke(type: ComputerType):Computer{
        return when(type){
            ComputerType.PC -> PC()
            ComputerType.Server -> Server()
        }
    }
}
fun main() {
    val comp = ComputerFactory(ComputerType.PC)
    println(comp.cpu)
}
伴生对象创建静态工厂方法

考虑用静态工厂方法代替构造器–《Effective Java》.

class PC(override val cpu:String = "Core"):Computer
class Server(override val cpu: String="Xeon"):Computer

enum class ComputerType{
    PC,Server
}

interface Computer{
    val cpu:String
    companion object{
        operator fun invoke(type:ComputerType):Computer{
            return when(type){
                ComputerType.PC -> PC()
                ComputerType.Server -> Server()
            }
        }
    }
}

fun main() {
    val comp = Computer(ComputerType.PC)
    println(comp.cpu)
}

用Factory 命名 Computer的伴生对象。

interface Computer{
    val cpu:String
    companion object Factory{
        operator fun invoke(type:ComputerType):Computer{
            return when(type){
                ComputerType.PC -> PC()
                ComputerType.Server -> Server()
            }
        }
    }
}

fun main() {
    val comp = Computer(ComputerType.PC)
    println(comp.cpu)
    val comp1 = Computer.Factory(ComputerType.Server)
    println(comp1.cpu)
}
扩展伴生对象方法

假设业务中我们是Computer 接口的使用者，比如它是工程引入的第三方类库，所有的类的实现都得到了很好的隐藏。那么、如果我们希望进一步改造其中的逻辑，Kotlin的伴生对象的方式同样依靠其扩展函数的特性，很好的实现这一需求。
示例：给Computer 增加一种功能，通过CPU型号来判断电脑类型。


fun Computer.Factory.fromCPU(cpu: String):ComputerType? = when(cpu){
    "Core" -> ComputerType.PC
    "Xeon" ->ComputerType.Server
    else -> null
}

fun main() {
    val comp = Computer(ComputerType.PC)
    println(Computer.Factory.fromCPU(comp.cpu))
}

内联函数简化抽象工厂

内联函数 可以 具体化参数类型。
示例：工厂模式已经能够很好地处理一个产品等级结构的问题，在上面我们已经用它很好的解决了电脑厂商生成服务器，PC的问题。进一步考虑，当问题上升到多个产品等级结构的时候，比如现在引入了品牌商的概念，有好几个不同的电脑品牌，Dell、Asus、Hasee,那么有必要再增加一个工厂类。然而，我们并不希望对每个模型都建立一个工厂，这样会让代码变得难以维护，所以这时候我们需要引入抽象工厂模式。

抽象工厂模式：为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无须指定它们的具体类。

interface Computer
class Dell:Computer
class Asus:Computer
class Hasee:Computer

class DellFactory:AbstractFactory(){
    override fun produce()  = Dell()
}

class AsusFactory:AbstractFactory(){
    override fun produce()  = Asus()
}

class HaseeFactory:AbstractFactory(){
    override fun produce()  =  Hasee()
}

abstract class AbstractFactory {
    abstract fun produce():Computer
    companion object{
        operator fun invoke(factory: AbstractFactory):AbstractFactory{
            return factory
        }
    }
}

fun main() {
    val dellFactory = AbstractFactory(DellFactory())
    val dell = dellFactory.produce()
    println(dell)
}

interface Computer
class Dell : Computer
class Asus : Computer
class Hasee : Computer

class DellFactory : AbstractFactory() {
    override fun produce() = Dell()
}

class AsusFactory : AbstractFactory() {
    override fun produce() = Asus()
}

class HaseeFactory : AbstractFactory() {
    override fun produce() = Hasee()
}

abstract class AbstractFactory {
    abstract fun produce(): Computer

    //    companion object{
//        operator fun invoke(factory: AbstractFactory):AbstractFactory{
//            return factory
//        }
//    }
    companion object {
        inline operator fun <reified T : Computer> invoke(): AbstractFactory =
                when (T::class) {
                    Dell::class -> DellFactory()
                    Asus::class -> AsusFactory()
                    Hasee::class -> HaseeFactory()
                    else -> throw IllegalArgumentException()
                }
    }
}

fun main() {
    val dellFactory = AbstractFactory<Dell>()
    val dell = dellFactory.produce()
    println(dell)
}

通过将invoke 方法用 inline 定义为内联函数。就可以引入reified 关键字，使用具体化参数类型的语法特性；
要具体化参数类型为Computer。在invoke方法中判断它的具体类型，来返回对应的工厂类对象。

用具名可选参数而不是构建者模式

使用Builder（构建者）模式：构建者模式和单例一样，也是GoF设计模式中的一种。他主要做的是事情就是将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程中可以创建不同的表示。
工厂模式和构造函数都存在相同的问题，就是不能很好地扩展到大量的可选参数。假设我们现在有个机器人类，它包含多个属性：代号、名字、电池、重量、高度、速度、音量等。很多产品都不具有其中的某些属性，比如不能走，不能发声。甚至有点机器人不需要电池。

class Robot private constructor(
        val code:String,
        val battery:String?,
        val height:Int?,
        val weight:Int?
){
    class Builder(val code:String){
        private var battery:String? = null
        private var height:Int? = null
        private var weight:Int? = null
        fun setBattery(battery: String?):Builder{
            this.battery = battery
            return this
        }

        fun setHeight(height: Int?):Builder{
            this.height = height
            return this
        }
        fun setWeight(weight: Int?):Builder{
            this.weight = weight
            return this
        }
        fun build():Robot{
            return Robot(code,battery, height, weight)
        }
    }

    override fun toString(): String {
        return "robot[code = $code,battery=$battery,height = $height,weight = $weight]"
    }
}

fun main() {
    val robot = Robot.Builder("001")
            .setBattery("KK")
            .setHeight(50)
            .setWeight(30)
            .build()
    println(robot)
}
>>>robot[code = 001,battery=KK,height = 50,weight = 30]

实现思路：

  1. Robot 类内部定义了一个嵌套类Builder，由他负责创建Robot 对象。
  2. Robot 类的构造函数用private进行修饰，这样可以确保使用者无法直接通过Robot 声明实例。
  3. 通过Builder类定义set方法来对可选的属性进行设置。
  4. 最终调用Builder类中的build 方法来返回一个Robot对象。

构建者模式存在的一些不足：

  1. 如果业务需求的参数很多，代码依然会显得比较冗长。
  2. 你可能会在使用Builder的时候忘记在最后调用build 方法；
  3. 由于在创建对象的时候，必须先创建他的构造器，因此额外增加了多余的开销，在某些十分注重性能的情况下，可能就会存在一定的问题。
    本质上builder模式模拟了具名的可选参数，就像Ada和Python中一样。Kotlin也是这样一门拥有具名可选参数的编程语言。
具名的可选参数

表现为两点：在具体化一个参数的取值时，可以通过带上它的参数名，而不是它在所有参数中位置决定的；由于参数可以设置默认值，这允许我们只给出部分参数的取值，而不必是所有的参数。

class Robot1(
        val code:String,
        val battery: String? = null,
        val height: Int? = null,
        val weight: Int? = null
){
    override fun toString(): String {
        return "robot[code = $code,battery=$battery,height = $height,weight = $weight]"
    }
}

fun main() {
    val robot1 = Robot1("005")
    val robot2 = Robot1("006",battery = "MM")
    val robot3 = Robot1("007",height = 50,weight = 30)
    println(robot1)
    println(robot2)
    println(robot3)
}

相比构建者模式，通过具名的可选参数构造类具有很多优点：

  • 代码变得十分简单，这不仅表现在Robot 类的结构体代码量，我们在声明Robot对象时的语法也要更加简洁；
  • 声明对象时，每个参数都可以是显式的，并且无须按照顺序书写，非常方便灵活。
  • 由于Robot类的每一个对象都是val 声明的。相较构建者中用var 的方案更加安全，这在要求多线程并发安全的业务场景中会显得更有优势。
require 方法对参数进行约束

构建者模式的另一个作用：就是可以在build 方法中对参数添加约束条件。
示例：假设一个机器人的重量必须根据电池的型号决定，那么在未传入电池型号之前，便不能对weight属性进行赋值，否则就会抛出异常。

fun build():Robot{
            if(weight!=null && battery == null){
                throw IllegalArgumentException("battery should be determined when setting weight.")
            }else{
                return Robot(code,battery, height, weight)
            }
        }

实现同样的需求，可以在Robot类的init方法中增加效验代码。然而在Kotlin中，我们在类或函数中还可以使用require 关键字进行函数参数限制，本质上它是一个内联的方法，有点类似于Java中的assert。

class Robot1(
      val code:String,
      val battery: String? = null,
      val height: Int? = null,
      val weight: Int? = null
){
  init {
      require(weight==null || battery!=null){
          "battery should be determined when setting weight."
      }
  }
  override fun toString(): String {
      return "robot[code = $code,battery=$battery,height = $height,weight = $weight]"
  }
}

Kotlin中的require 方法可以让我们的参数约束代码在语意上变得更友好。
在Kotlin中我们可以尽量避免使用构建者模式，因为Kotlin支持具名的可选参数，这让我们可以在构造一个具有多个可选参数类的场景中，设计出更加简洁并利于维护的代码。

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