Java8中的设计模式（一）

之前在infoq上看到一篇文章：
swift版本原文参考：
http://www.infoq.com/cn/articles/design-patterns-in-swift
于是想着把这篇文章修改为Java8的版本，本文是对原文的Java8版本的修改，所以大部分文章和示例都是采用原文的叙述；再次表达对原文作者的感谢；

设计模式##

设计模式（Design Pattern）是对软件设计中普遍存在的各种问题，所提出的解决方案。这个术语是由埃里希·伽玛等人（Erich Gamma，Richard Helm，Ralph Johnson和John Vlissides这四人提出的。也被称为：Gang of Four，GOF，四人帮）在1990年代从建筑设计领域引入到计算机科学的。 设计模式并不能直接用于完成代码的编写，而是描述在各种不同情况下，要怎么解决问题的一种方案。
以上描述摘自维基百科。
随着我们所使用的编程语言的演化，我们遇到的问题也确实一直在改变。GOF提出的23种设计模式也许部分过时了。但我们遇到的问题并不会消失，设计模式的概念将一直存在：提炼普遍存在的问题，提出解决方案。这其实是一个抽象过程。现在已有的编程语言都存在表达的局限，即对某类问题抽象层次过低。所以，我们在使用任何编程语言时，都还是会遇到一些普遍存在的却没有被语言本身很好解决的问题。这时，我们就会使用到“设计模式”，即人们总结出来的解决方案：遇到问题A，用方案A；遇到问题B，用方案B。只不过问题会一直变化。现在我们不可以再使用那23个模式来解决问题了，但是我们仍然需要总结出其它模式来解决新的问题。这种情况一直会持续到我们拥有“完美语言”的那一天。但现在看起来，这一天还没有到来的迹象。

Java8中的设计模式##

Java8中提出了函数式编程等新的概念，使得Java8在面对传统的GOF23模式的时候，解决问题的方式已经得到了部分的改善，之前的一些设计模式在Java8面前就已经不再是问题了。但是Java8提出了函数式编程的同时，因为涉及到向后兼容的问题，同样在Java8中可能面对新的代码设计问题，比如接口中的默认方法带来的诸多设计细节，同样也是会引人深思的；
下面主要讨论的是，在Java8中，传统的哪些开发模式被消除了或者以一种更简单的方式简化了。

一，命令模式##

命令模式使用对象封装一系列操作（命令），使得操作可以重复使用，也易于在对象间传递。首先来一个传统Java方式实现的命令模式代码。

public class Light {
  public void on() {
    System.out.println("light turn on");
  }
  public void off() {
    System.out.println("light turn off");
  }
}

interface Command {
  void execute();
}

class FilpUpCommand implements Command {
   private Light light;
   public FilpUpCommand(Light light) {
    this.light = light;
  }
  public void execute() {
    light.on();
  }
}

class FilpDownCommand implements Command {
  private Light light;
  public FilpDownCommand(Light light) {
    this.light = light;
  }
  public void execute() {
    light.off();
  }
}

以上代码中，灯（Light）是命令（Command）的操作对象（Receiver）。我们定义了命令的协议，同时我们实现两个具体的命令操作：FlipUpCommand和FlipDownCommand。它们分别使灯亮，和使灯灭。

class LightSwitch{
  private List queue=new ArrayList<>();

  public void addCommand(Command cmd){
    queue.add(cmd);
  }

  public void execute(){
    for(Command cmd:queue){
        cmd.execute();
    }
  }
}

class Client{

  public static void pressSwitch(){
    Light lamp=new Light();
    Command flipUpCommand=new FilpUpCommand(lamp);
    Command flipDowomnCmand=new FilpDownCommand(lamp);
    
    LightSwitch lightSwitch = new LightSwitch();
    lightSwitch.addCommand(flipUpCommand);
    lightSwitch.addCommand(flipDowomnCmand);
    lightSwitch.addCommand(flipUpCommand);
    lightSwitch.addCommand(flipDowomnCmand);
    
    lightSwitch.execute();
  }
}

上面的代码首先创建了一个命令执行者LightSwitch，并创建一个客户对象来使用命令；
在函数式编程中，由于存在高阶函数。我们可以直接将一个函数作为参数传给另外一个函数。所以，使用类包裹函数在对象间传递这件事情就显得多余了。以下代码显示如何使用高阶函数达到命令模式相同的效果：

class LightSwitchFP {
  private List> queue = new ArrayList<>();
  public void addCommand(Consumer cmd) {
    queue.add(cmd);
  }
  public void execute(Light light) {
    for (Consumer cunsumer : queue) {
        cunsumer.accept(light);
    }
  }
}

class Client {
  public static void pressSwitch() {
    Light lamp = new Light();

    Consumer flipUp = light -> {light.on();};
    Consumer flipDown = light -> {light.off();};
    LightSwitchFP lightSwitch = new LightSwitchFP();
    lightSwitch.addCommand(flipUp);
    lightSwitch.addCommand(flipDown);
    lightSwitch.addCommand(flipUp);
    lightSwitch.addCommand(flipDown);

    lightSwitch.execute(lamp);
  }
}

在Java8中，首先我们直接使用Java8提供的Consumer函数接口作为我们的命令接口，因为有了lambda表达式，我们根本无需在单独为具体命令对象创建类型，而通过传入labmda表达式来完成具体命令对象的创建；

二，策略模式##

策略模式定义了一系列算法，将每个算法封装起来，并且使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。
下面简单演示一个传统的策略模式实现方案：

interface Strategy {  
    public Integer compute(Integer op1, Integer op2);
}

class Add implements Strategy {
    public Integer compute(Integer op1, Integer op2) {
     return op1 + op2;
    }
}
class Multiply implements Strategy {
    public Integer compute(Integer op1, Integer op2) {
        return op1 * op2;
    }
}
class Context {
    private Strategy strategy;
    public Context(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    public void use(Integer first, Integer second) {
        System.out.println(this.strategy.compute(first, second));
    }
}                     

类似于命令模式，策略模式中的策略对象主要用于封装操作（函数），不同的是策略模式中的策略对象封装的是不同的算法。这些算法实现了相同的接口，在这个例子中，接口是用Strategy协议表示的。我们使用两个实现了Strategy协议的具体类：Add和Multiply分别封装两个简单的算法。Context对象，用于对算法进行配置选择，它有一个Strategy类型的实例变量：strategy。通过配置Context的strategy具体类型，可以使用不同的算法。

然后我们再看看怎么简化策略模式：

public static final BinaryOperator add = (op1, op2) -> op1 + op2;
public static final BinaryOperator multiply = (op1, op2) -> op1 * op2;

class ContextFP {
    private BinaryOperator strategy;

    public ContextFP(BinaryOperator strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void use(Integer first, Integer second) {
        System.out.println(strategy.apply(first, second));
    }
}

public static void main(String[] args) {
    StraFP fp = new StraFP();
    ContextFP ctx = fp.new ContextFP(StraFP.add);
    ctx.use(1, 2);
}

在Java8中，我们很自然的使用内建的function interface作为封装算法的载体，这样更为直接自然。例子中，ContextFP的构造器的传参就是函数类型。给予构造器代表不同算法的函数，就配置了不同的算法。

函数也可以作为类的实例变量。这样在类中，直接维护代表算法的函数也成为可能。从类型声明可以看出，ContextFP中的实例变量strategy就是一个函数。

一等函数的概念使得函数获得了更高的地位，使得函数的灵活性大大增加。在很多场景下直接使用函数会是更直接自然的选择。面向对象编程范式，赋予了对象更高的地位。但是，如果给予函数“正常”一些的地位，可以简化不少问题。设计模式中的不少模式存在都是由于函数的使用限制，需要使用在使用类包裹函数。类似的例子还有模版方法模式（Template method）。

上面代码示例不能对策略做很好的封装，下面提供了一个枚举的版本：

public enum StrategyEnum {
    ADD(() -> (x, y) -> x + y), 
    MULTIPLY(() -> (x, y) -> x * y);

    private Supplier> operation;

    private StrategyEnum(Supplier> operation) {
        this.operation = operation;
    }

    public BinaryOperator get() {
        return operation.get();
    }
}

class ContextFP {
    private StrategyEnum strategy;

    public ContextFP(StrategyEnum strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void use(Integer first, Integer second) {
        System.out.println(strategy.get().apply(first, second));
    }
}