java八股文面试[设计模式]——行为型模式

目录

策略模式

观察者模式

责任链模式

模板方法模式

状态模式

---

行为型模式关注的是各个类之间的相互作用，将职责划分清楚，使得我们的代码更加地清晰。

策略模式

策略模式太常用了

下面设计的场景是，我们需要画一个图形，可选的策略就是用红色笔来画，还是绿色笔来画，或者蓝色笔来画。

首先，先定义一个策略接口：

public interface Strategy {
   public void draw(int radius, int x, int y);
}

然后我们定义具体的几个策略：

public class RedPen implements Strategy {
   @Override
   public void draw(int radius, int x, int y) {
      System.out.println("用红色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
   }
}
public class GreenPen implements Strategy {
   @Override
   public void draw(int radius, int x, int y) {
      System.out.println("用绿色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
   }
}
public class BluePen implements Strategy {
   @Override
   public void draw(int radius, int x, int y) {
      System.out.println("用蓝色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
   }
}

使用策略的类：

public class Context {
   private Strategy strategy;

   public Context(Strategy strategy){
      this.strategy = strategy;
   }

   public int executeDraw(int radius, int x, int y){
      return strategy.draw(radius, x, y);
   }
}

客户端演示：

public static void main(String[] args) {
    Context context = new Context(new BluePen()); // 使用绿色笔来画
      context.executeDraw(10, 0, 0);
}

放到一张图上，让大家看得清晰些：

这个时候，大家有没有联想到结构型模式中的桥梁模式，它们其实非常相似，我把桥梁模式的图拿过来大家对比下：

要我说的话，它们非常相似，桥梁模式在左侧加了一层抽象而已。桥梁模式的耦合更低，结构更复杂一些。

观察者模式

观察者模式对于我们来说，真是再简单不过了。无外乎两个操作，观察者订阅自己关心的主题和主题有数据变化后通知观察者们。

首先，需要定义主题，每个主题需要持有观察者列表的引用，用于在数据变更的时候通知各个观察者：

public class Subject {
    private List observers = new ArrayList();
    private int state;
    public int getState() {
        return state;
    }
    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        // 数据已变更，通知观察者们
        notifyAllObservers();
    }
    // 注册观察者
    public void attach(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }
    // 通知观察者们
    public void notifyAllObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update();
        }
    }
}

定义观察者接口：

public abstract class Observer {
    protected Subject subject;
    public abstract void update();
}

其实如果只有一个观察者类的话，接口都不用定义了，不过，通常场景下，既然用到了观察者模式，我们就是希望一个事件出来了，会有多个不同的类需要处理相应的信息。比如，订单修改成功事件，我们希望发短信的类得到通知、发邮件的类得到通知、处理物流信息的类得到通知等。

我们来定义具体的几个观察者类：

public class BinaryObserver extends Observer {
    // 在构造方法中进行订阅主题
    public BinaryObserver(Subject subject) {
        this.subject = subject;
        // 通常在构造方法中将 this 发布出去的操作一定要小心
        this.subject.attach(this);
    }
    // 该方法由主题类在数据变更的时候进行调用
    @Override
    public void update() {
        String result = Integer.toBinaryString(subject.getState());
        System.out.println("订阅的数据发生变化，新的数据处理为二进制值为：" + result);
    }
}

public class HexaObserver extends Observer {
    public HexaObserver(Subject subject) {
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }
    @Override
    public void update() {
        String result = Integer.toHexString(subject.getState()).toUpperCase();
        System.out.println("订阅的数据发生变化，新的数据处理为十六进制值为：" + result);
    }
}

客户端使用也非常简单：

public static void main(String[] args) {
    // 先定义一个主题
    Subject subject1 = new Subject();
    // 定义观察者
    new BinaryObserver(subject1);
    new HexaObserver(subject1);

    // 模拟数据变更，这个时候，观察者们的 update 方法将会被调用
    subject.setState(11);
}

output：

订阅的数据发生变化，新的数据处理为二进制值为：1011
订阅的数据发生变化，新的数据处理为十六进制值为：B

当然，JDK 也提供了相似的支持，具体的大家可以参考 java.util.Observable 和 java.util.Observer 这两个类。

实际生产过程中，观察者模式往往用消息中间件来实现，如果要实现单机观察者模式，笔者建议读者使用 Guava 中的 EventBus，它有同步实现也有异步实现，本文主要介绍设计模式，就不展开说了。

还有，即使是上面的这个代码，也会有很多变种，大家只要记住核心的部分，那就是一定有一个地方存放了所有的观察者，然后在事件发生的时候，遍历观察者，调用它们的回调函数。

责任链模式

责任链通常需要先建立一个单向链表，然后调用方只需要调用头部节点就可以了，后面会自动流转下去。比如流程审批就是一个很好的例子，只要终端用户提交申请，根据申请的内容信息，自动建立一条责任链，然后就可以开始流转了。

有这么一个场景，用户参加一个活动可以领取奖品，但是活动需要进行很多的规则校验然后才能放行，比如首先需要校验用户是否是新用户、今日参与人数是否有限额、全场参与人数是否有限额等等。设定的规则都通过后，才能让用户领走奖品。

如果产品给你这个需求的话，我想大部分人一开始肯定想的就是，用一个 List 来存放所有的规则，然后 foreach 执行一下每个规则就好了。不过，读者也先别急，看看责任链模式和我们说的这个有什么不一样？

首先，我们要定义流程上节点的基类：

public abstract class RuleHandler {
    // 后继节点
    protected RuleHandler successor;

    public abstract void apply(Context context);

    public void setSuccessor(RuleHandler successor) {
        this.successor = successor;
    }

    public RuleHandler getSuccessor() {
        return successor;
    }
}

接下来，我们需要定义具体的每个节点了。

校验用户是否是新用户：

public class NewUserRuleHandler extends RuleHandler {
    public void apply(Context context) {
        if (context.isNewUser()) {
            // 如果有后继节点的话，传递下去
            if (this.getSuccessor() != null) {
                this.getSuccessor().apply(context);
            }
        } else {
            throw new RuntimeException("该活动仅限新用户参与");
        }
    }
}

验用户所在地区是否可以参与：

public class LocationRuleHandler extends RuleHandler {
    public void apply(Context context) {
        boolean allowed = activityService.isSupportedLocation(context.getLocation);
        if (allowed) {
            if (this.getSuccessor() != null) {
                this.getSuccessor().apply(context);
            }
        } else {
            throw new RuntimeException("非常抱歉，您所在的地区无法参与本次活动");
        }
    }
}

校验奖品是否已领完：

public class LimitRuleHandler extends RuleHandler {
    public void apply(Context context) {
        int remainedTimes = activityService.queryRemainedTimes(context); // 查询剩余奖品
        if (remainedTimes > 0) {
            if (this.getSuccessor() != null) {
                this.getSuccessor().apply(userInfo);
            }
        } else {
            throw new RuntimeException("您来得太晚了，奖品被领完了");
        }
    }
}

客户端：

public static void main(String[] args) {
    RuleHandler newUserHandler = new NewUserRuleHandler();
    RuleHandler locationHandler = new LocationRuleHandler();
    RuleHandler limitHandler = new LimitRuleHandler();

    // 假设本次活动仅校验地区和奖品数量，不校验新老用户
    locationHandler.setSuccessor(limitHandler);

    locationHandler.apply(context);
}

代码其实很简单，就是先定义好一个链表，然后在通过任意一节点后，如果此节点有后继节点，那么传递下去。

至于它和我们前面说的用一个 List 存放需要执行的规则的做法有什么异同，留给读者自己琢磨吧。

模板方法模式

在含有继承结构的代码中，模板方法模式是非常常用的。

通常会有一个抽象类：

public abstract class AbstractTemplate {
    // 这就是模板方法
    public void templateMethod() {
        init();
        apply(); // 这个是重点
        end(); // 可以作为钩子方法
    }

    protected void init() {
        System.out.println("init 抽象层已经实现，子类也可以选择覆写");
    }

    // 留给子类实现
    protected abstract void apply();

    protected void end() {
    }
}

模板方法中调用了 3 个方法，其中 apply() 是抽象方法，子类必须实现它，其实模板方法中有几个抽象方法完全是自由的，我们也可以将三个方法都设置为抽象方法，让子类来实现。也就是说，模板方法只负责定义第一步应该要做什么，第二步应该做什么，第三步应该做什么，至于怎么做，由子类来实现。

我们写一个实现类：

public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate {
    public void apply() {
        System.out.println("子类实现抽象方法 apply");
    }

    public void end() {
        System.out.println("我们可以把 method3 当做钩子方法来使用，需要的时候覆写就可以了");
    }
}

客户端调用演示：

public static void main(String[] args) {
    AbstractTemplate t = new ConcreteTemplate();
    // 调用模板方法
    t.templateMethod();
}

代码其实很简单，基本上看到就懂了，关键是要学会用到自己的代码中。

状态模式

废话我就不说了，我们说一个简单的例子。商品库存中心有个最基本的需求是减库存和补库存，我们看看怎么用状态模式来写。

核心在于，我们的关注点不再是 Context 是该进行哪种操作，而是关注在这个 Context 会有哪些操作。

定义状态接口：

public interface State {
    public void doAction(Context context);
}

定义减库存的状态：

public class DeductState implements State {

    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("商品卖出，准备减库存");
        context.setState(this);

        //... 执行减库存的具体操作
    }

    public String toString() {
        return "Deduct State";
    }
}

定义补库存状态：

public class RevertState implements State {

    public void doAction(Context context) {
        System.out.println("给此商品补库存");
        context.setState(this);

        //... 执行加库存的具体操作
    }

    public String toString() {
        return "Revert State";
    }
}

前面用到了 context.setState(this)，我们来看看怎么定义 Context 类：（内部包含状态类State）

public class Context {
    private State state;
      private String name;
      public Context(String name) {
        this.name = name;
    }

      public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }
      public void getState() {
        return this.state;
    }
}

我们来看下客户端调用，大家就一清二楚了：

public static void main(String[] args) {
    // 我们需要操作的是 iPhone X
    Context context = new Context("iPhone X");

    // 看看怎么进行补库存操作
      State revertState = new RevertState();
      revertState.doAction(context);

    // 同样的，减库存操作也非常简单
      State deductState = new DeductState();
      deductState.doAction(context);

      // 如果需要我们可以获取当前的状态
    // context.getState().toString();
}

读者可能会发现，在上面这个例子中，如果我们不关心当前 context 处于什么状态，那么 Context 就可以不用维护 state 属性了，那样代码会简单很多。

不过，商品库存这个例子毕竟只是个例，我们还有很多实例是需要知道当前 context 处于什么状态的。

行为型模式总结

行为型模式部分介绍了策略模式、观察者模式、责任链模式、模板方法模式和状态模式，其实，经典的行为型模式还包括备忘录模式、命令模式等，但是它们的使用场景比较有限，而且本文篇幅也挺大了，我就不进行介绍了。

知识来源：

图文详解 23 种设计模式