设计模式之行为模式
本文是设计模式系列的最后一篇。主要讲解设计模式中最后一种模式类型——行为模式。本文抽选了几个主要的设计模式，忽略了少部分次要的，明显意图的模式。
在设计模式中，所谓的行为模式指的是对象之间的交互行为。而从程序的组织结构来看，基本的交互行为仅有一种，即一个对象调用另一个对象的方法，或者说一个对象请求另一个对象的方法，或者说一个对象向另一个对象发起了请求。总得来说，这三种说法大致上是等价的。
class A{
private B b = new B();
public void methodA(){
b.methodB();
}
}
在上面的例子中，我们说A对象在methodA方法中调用了b的methodB方法，或者说请求了methodB方法，或者说向b的methodB方法发起了请求。
此外，在行为模式中，除了最基本的交互行为之外，实际上同样还涉及类结构模式的组织，只不过这些结构组织在行为模式中处于次要地位。
一、基本的行为模式
有一些基本行为模式，无论是从组织结构还是行为模式上看，它们都异常简单。但从意图上看，却难以区分。
1. 策略模式(Strategy)
策略模式定义了一族算法（algorithms）。客户端持有一个算法接口，并有权选择使用哪一个具体的算法子类。
这个模式非常简单。
interface Strategy{
void caculate();
}
class StrategyA implements Strategy{
public void caculate(){
// ...
}
}
class StrategyB implements Strategy{
public void caculate(){
// ...
}
}
class Context{
private Strategy strategy;
public Context(Strategy strategy){
this.strategy = strategy;
}
public doSomething(){
//....
strategy.caculate();
//....
}
}
我们看到，上下文对象持有了一个Strategy接口的对象，它允许向其中内注入一个具体的strategy子类。从组织结构的角度上来看，它与之前文章《从设计模式看面向对象的程序结构组织》中有提到的桥接模式(Strategy)非常相象（以及与本文接下来将要提到的状态模式）。在桥接模式中，我们主动提供一个编程SPI，让服务商提供他们的实现，然后我们的应用程序框架基于这个实现来提供更多的功能。
特别是，设计模式的作者认为，策略模式与其它模式的区别在于，策略模式用来抽象算法（algorithms），而其它模式各有自己适应的目标。然而，算法这个词的外延十分夸张，尤其是在编程领域，也许凡是你能想到的东西都可以归为算法的范畴。因此，在这里我们不得不考虑在设计模式里，算法仅仅指那些常见通用的、与可计算理论和复杂度理论相关的所谓算法，而不是说通用的算法，否则策略模式将囊括其它诸多模式。
2. 状态模式(State)
interface State{
void caculate();
}
class StateA implements State{
public void caculate(){
// ...
}
}
class StateB implements State{
public void caculate(){
// ...
}
}
class Context{
private State state;
public Context(State state){
this.state = state;
}
private changeState(){
// ...
}
public doSomething(){
//....
state.caculate();
//....
changeState();
state.caculate();
}
}
上面的代码从策略模式的说明代码拷贝而来，仅修改了名字，增加了一个改变状态的方法，在doSomething()中添加了一行改变状态的方法。同相，一个上下文对象持有了一个状态对象，这个状态对象代表了上下文对象的状态，它有A和B两个实现状态。
状态模式封装了对象对于状态的依赖。当状态改变时，附着在状态上相应的行为也会改变。也就是说，当状态从A变到B时，调用B状态的计算，从B变到A时，调用A状态的计算。
注意，我们在这里很难说服自己这所谓附着在状态上的行为不能是算法。当它是算法是，很显然它同样是策略模式。然而，另一个不同点在于，由于可能存在需要显式改变状态的场景，状态模式允许上下文了解它的状态子类分别是什么，对于纯粹的策略模式来说则无太所谓。
3. 命令模式(Command)
命令模式即所谓的回调模式，或者说Action模式。它用一个命令对象表示一个行为。这种表示在java编程语言中是必须的，因为java由于语法的限制，不能直接传递函数。而在javascript等脚本语言中，函数本身就是对象，可以直接传递，因而命令模式在这种语言中会被极大地简化。
// 回调接口
interface Command{
void callback()
}
class Button{
private Command command;
public onClick(){
command.callback();
}
}
Button类持有了一个Command接口，当点击发生的时候，它调用callback回调。
同样，你也很难说服自己callback函数中不能实现一个算法。并且，当它实现一个算法时，它与策略模式几乎毫无二致。但对于命令模式，我们唯一区分它跟策略模式的方式就是，把它看作一个普通的请求抽象。
4. 模板方法(Template)
也许你会很奇怪模板方法为什么要放在全文的这样一个位置。但在我看来，如果说状态模式和命令模式非常像的话，那么模板方法本质上就是一个与策略模式没有任何区别的模式，尽管它从表面上看上去似乎比前两者与策略模式相差得更远。
我们来看一个简单的分治算法框架, 以及基于这个框架的快排和归并排序。
abstract class DivideAndConquer{
private List list;
public DivideAndConquer(List list){
this.list = list;
}
protected List getData(){
return list;
}
// int 指明分开的界限索引
abstract protected DivideAndConquer subProblem(List sublist);
// int 指明分开的界限索引
abstract protected int doDivide();
// 两个list合并的结果
abstract protected List doConquer(List list1, List list2);
public List caculate(){
// 计算分界限索引
int index = doDivide();
// 按索引分别获得左右列表
List leftList = list.sublist(0, index);
List rightList = list.sublist(index + 1, list.length())
DivideAndConquer leftSubProblem = subProblem(leftList);
DivideAndConquer rightSubProblem = subProblem(rightList);
List leftResult = leftSubProblem.caculate();
List rightResult = rightSubProblem.caculate();
return doConquer(leftResult, rightResult);
}
}
class QuikSort{
public QuikSort(List list){
super(list);
}
protected DivideAndConquer subProblem(List sublist){
return new QuikSort<>(sublist);
}
protected int doDivide(){
// 将列表分开，并证返回索引的元素处于正确位置
// 且位置小于这个索引的元素小于它，大于这个索引的元素位置大于它
}
protected List doConquer(List list1, List list2){
// 简单地合并两个列表
}
}
class MergeSort{
public MergeSort(List list){
super(list);
}
protected DivideAndConquer subProblem(List sublist){
return new MergeSort<>(sublist);
}
protected int doDivide(){
// 取最中间元素
}
protected List doConquer(List list1, List list2){
// list1和list2中是排好序的元素
// 将list1和list2中元素排到一个列表中
}
}
可以看到分治算法模板类定义了三个模板方法，分别是subProblem，doDivide和doConquer。我们继承这个抽象类，然后在子类中实现不同的子算法，即可获得不同的具体算法，如上，我们通过一个分治抽象类继承出了两个不同的排序算法。理论上讲，只要某个具体算法使用的是分治理论，就可以通过这个类继承出来。
注意，在这里subProblem模板方法实际上还是一个工厂方法。
然而，通过对比策略方法我们发现，它不过是就是把策略接口定义在自己身上，然后再把自己定义成抽象类而已。实现一个策略接口变成了继承抽象的父类，所不同的仅仅是应用了面向对象编程的不同机制而已。
5. 访问者模式(Visitor)
Visitor 用来实现一个类的定制策略。
class Bean{
private Set properties;
private Set methods;
BeanVisitor visitor；
public void doVisit(){
visitor.visitProperties(properties);
visitor.visitMethods(methods);
}
}
interface BeanVisitor{
void visitProperties(Set properties);
void visitMethods(Set methods);
}
我们可以看到，Bean类型使用BeanVisitor来定制它的属性，这些由Bean和BeanVisitor协商出来的可访问的属性称为"可定制的属性"。从结构上看，BeanVisitor对Bean的结构是非熟悉的，也正因为如此，BeanVisitor有能力定制Bean的属性。
Bean可以在方法上依赖一个类，也可以将一个BeanVisitor作为它的持有依赖，这都无关紧要。但对比之下却很关键，因为策略模式的策略接口也是如此——策略接口当然也可以作为方法参数传递。但习惯上，我们却经常把BeanVisitor作为接口参数传递而Strategy作为持有对象。为了保持说明上的一致，我们这里把BeanVisitor声明为Bean属性。但读者应该了解，这只是依赖的不同方式，并不会导致设计模式本质发生变化。
对于BeanVisitor来说，它的策略发生了一些改变。一是从数量上来看，BeanVisitor通常会有多个接口方法(Strategy也可以有多个策略接口方法，但不是常见情况)；二是从目标上看，这些策略方法通常与一个目标对象相关，其策略类型通常就只是针对目标对象的可定制属性。
二、多依赖管理
所谓多依赖指得是一个对象直接或间接持有了许多个对象。我们将看到，多依赖管理解决的是如何对这些依赖进行访问，以及将一个操作请求分发到各个依赖的对象中去。
当然，我们首先回忆一下，前文对于单个对象的依赖是如何控制访问以及分发访问请求的。显然，没有任何的控制。前面所描述的模式中，大抵可以这么总结，一个类持有一个特殊用途的接口，无论它是私有的还是公有的，在这个类中我们都可以直接访问它，并且调用相关的请求。
1. 迭代器模式(Iterator）
相比之下，我更喜欢把这个模式称为访问器模式。
多个依赖在对象中一般是存储为一个集合类，然而集合类与集合类之间可以大不相同，对它们的访问方式也各有不同。例如最基本的分类，可以把一个集合类分为Collection和Map，即单个的集合和对的集合，它们的访问方式显然具有很大差异。然而，对于Collection来说，Queue和Stack这种拥有特殊访问控制方法的类显然也居有一些顺序上的差异。
这个时候，就可以把这些不同的访问过程抽象到Iterator中。客户端只要持有一个Iterator对象，并按照Iterator对象上的协议访问（通常是next和hasNext方法）就可以避免知道底层是什么具体的集合类。
因为Iterator实际上做的事情就是抽象出各个不同类型集合的访问过程，因此把它称作访问器实在是再合适不过了。用迭代器来称呼的原因更有可能是，Iterator在使用中通常用在迭代的场合。由于通常交流中，我们还是比较习惯称为迭代器，因此本文并不打算更换这个称呼。
迭代器模式常用例子可以在JDK的集合框架中找到，这也许是少有的几个在编程语言中无歧义实现的设计模式之一。
2. 接受分发请求的对象
分发模式，包括接下来将要提到的责任链模式和观察者模式，都有一些共同的特点。第一，它们都包含一组依赖对象，第二，它们都需要向这组依赖对象分发请求。其次，在设计上，它们也有一些共同的要素，即抽象出一个接受请求的对象，而不用管具体是谁在处理这个请求。
interface RequestHanlder{
void handle(Request request);
}
在上面的代码中，我们给出了一个RequestHanlder接口。
当一个请求发生时，我们将看到，RequestHanlder将接受这个请求，并把请求分发到它管理的对象中。对于客户端对象来说，RequestHanlder其实就是一个集合类，它包含了一系列的处理对象，客户端不关心请求怎么处理，这由RequestHanlder的实现来决定。
3. 责任链模式(Chain of Responsibility)
责任链模式将RequestHanlder进一步实现为一个请求处理链。
abstract class ResponsibilityChainRequestHanlder implements RequestHanlder{
private ResponsibilityChainRequestHanlder successor;
public ResponsibilityChainRequestHanlder(ResponsibilityChainRequestHanlder successor){
this.successor = successor;
}
}
在实现具体的handle处理的时候，如果某一个RequestHanlder不接受当前的请求，则需要将它传递给下一个（successor）处理器。
注意到，在这种实现方式里，需要有一个管理责任链本身的逻辑。例如，如何将责任链组装起来。在更通用的实现里，我们提供一个ResponsibilityChain类型。
class ResponsibilityChain{
private ResponsibilityChainRequestHanlder requestHandlers;
public ResponsibilityChain(ResponsibilityChainRequestHanlder requestHandlers){
this.requestHandlers = requestHandlers;
}
public void addRequestHanlder(ResponsibilityChainRequestHanlder requestHandler){
//....
}
public ResponsibilityChainRequestHanlder next(){
//...
}
}
可以看到，ResponsibilityChain提供了添加RequestHanlder和获取下一个RequestHanlder的方法。然而要记住的是，这些对于责任链模式来说仅仅是辅助性的。
4. 观察者模式(Observer)
观察者模式在责任链模式的基础上放宽了许多限制。我们甚至可以用上面的迭代器模式来描述。
interface Observer{
void doUpdate(Subject subject);
}
class Subject implements RequestHanlder{
private String titile;
Iterator listeners;
public void handle(){
while(listeners.hasNext()){
Observer observer = listeners.next();
observer.doUpdate(this);
}
}
public void setTitle(String title){
this.titile = title;
handle();
}
}
当主题对象的title改变时，就会通知所有已经注册的Observer对象。
我们使用迭代器的目的在于表达Observer如何在主题对象中存储，以什么样的顺序获得与观察者模式是无关的。事实上，观察者模式对主题对象是否作为业务对象，listeners是否作为Subject的持有对象都不作规定。
与责任链同样作为分发请求的模式，观察者模式通常会把请求平均分发到每一个对象，或者在主题对象的层次上进行访问控制。但在责任链中，请求是否传到下一个处理者是由当前的处理者来决定的。与此同时我们会发现Observer接口实际上是一个命令模式的回调接口。
结语
全文完。
了解更多关于结构性设计模式的内容：
- 深入理解创建类设计模式（Creational Patterns）
- 从设计模式看面向对象的程序结构组织(Structural Patterns)