设计模式实战：多种设计模式协奏解决复杂问题

在今天之前的文章中，我已经运用了我独特的解析框架，对所有的设计模式进行了深入细致的剖析，不知道大家对于常用设计模式的定义、应用及其局限性，是否已经形成了相对清晰的理解？

在软件研发的过程中，设计模式是为了应对特定场景而总结提炼出来的解决方案，为我们提供了可重用的设计方案，让代码更加灵活、易于维护和扩展。在设计模式开篇的时候，我就强调过，如果你对设计模式陌生，并且如果你对设计模式的适用场景缺乏了解，那么如果你在实际过程中盲目使用设计模式，就会适得其反，这时候我最好的建议就是不用设计模式。

在实际的项目研发过程中，我们往往会面临使用多种设计模式组合的复杂场景。本文将通过实际典型案例，向大家讲解如何组合使用设计模式来解决实际场景问题。同时这篇文章也会作为我关于设计模式专题的收官之作，希望能给大家带来一定的启发和收获。

案例：构建可扩展的日志系统

设计和实现一个可扩展的日志系统，在这样的一个技术基础设施的构建过程中，可以采用策略模式、工厂模式和观察者模式来实现。

1、设计方案说明

策略模式

通过策略模式的使用，可以定义一系列的日志记录策略，比如文件记录日志、数据库记录日志、控制台输出日志等。

在实现上主要包括以下步骤：

• 定义一个 LogStrategy 接口，包含记录日志的方法
• 实现不同的日志记录策略类来实现 LogStrategy 接口
• 在日志系统中使用策略模式，允许在运行时动态切换日志记录策略

工厂模式

使用工厂模式来创建具体的日志记录策略对象，降低系统的耦合度。

在实现上主要包括以下步骤：

• 定义一个 LogStrategyFactory 接口，包含创建日志记录策略的方法
• 实现不同的日志记录策略工厂类，实现 LogStrategyFactory 接口，用于创建具体的日志记录策略
• 在日志系统中使用工厂模式，通过工厂来创建具体的日志记录策略对象

观察者模式

使用观察者模式来实现日志系统的观察者和被观察者关系，实现日志记录的异步处理。

在实现上主要包括以下步骤：

• 定义一个 LogObserver 接口，包含更新日志的方法
• 实现不同的日志观察者类，实现 LogObserver 接口，用于处理不同的日志记录操作
• 定义一个 LogSubject 接口，包含注册和通知观察者的方法
• 实现日志主题类，维护一个观察者列表，实现 LogSubject 接口，用于注册和通知观察者

2、Java 代码实现

LogStrategy 接口

public interface LogStrategy {
    void log(String message);
}

不同日志策略类的实现

public class FileLogStrategy implements LogStrategy {
    @Override
    public void log(String message) {
        // 实现文件记录逻辑
        System.out.println("Log to file: " + message);
    }
}

public class ConsoleLogStrategy implements LogStrategy {
    @Override
    public void log(String message) {
        // 实现控制台输出逻辑
        System.out.println("Log to console: " + message);
    }
}

public interface LogStrategyFactory {
    LogStrategy createLogStrategy();
}

LogStrategyFactory 接口

public interface LogStrategyFactory {
    LogStrategy createLogStrategy();
}

不同策略对应的工厂实现类

public class FileLogStrategyFactory implements LogStrategyFactory {
    @Override
    public LogStrategy createLogStrategy() {
        return new FileLogStrategy();
    }
}

public class ConsoleLogStrategyFactory implements LogStrategyFactory {
    @Override
    public LogStrategy createLogStrategy() {
        return new ConsoleLogStrategy();
    }
}

LogObserver 接口

public interface LogObserver {
    void update(String message);
}

不同的实现类

public class FileLogObserver implements LogObserver {
    @Override
    public void update(String message) {
        // 实现文件记录逻辑
        System.out.println("Log to file: " + message);
    }
}

public class ConsoleLogObserver implements LogObserver {
    @Override
    public void update(String message) {
        // 实现控制台输出逻辑
        System.out.println("Log to console: " + message);
    }
}

LogSubject 接口

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public interface LogSubject {
    void registerObserver(LogObserver observer);
    void notifyObservers(String message);
}

对应的 Subject 实现

public class ConcreteLogSubject implements LogSubject {
    private List observers = new ArrayList<>();

    @Override
    public void registerObserver(LogObserver observer) {
        observers.add(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObservers(String message) {
        for (LogObserver observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

具体使用案例

public class LogSystem {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建日志主题
        ConcreteLogSubject logSubject = new ConcreteLogSubject();

        // 创建不同的日志观察者
        LogObserver fileObserver = new FileLogObserver();
        LogObserver consoleObserver = new ConsoleLogObserver();

        // 注册观察者
        logSubject.registerObserver(fileObserver);
        logSubject.registerObserver(consoleObserver);

        // 创建日志记录策略工厂
        LogStrategyFactory fileLogFactory = new FileLogStrategyFactory();
        LogStrategyFactory consoleLogFactory = new ConsoleLogStrategyFactory();

        // 创建不同的日志记录策略
        LogStrategy fileLogStrategy = fileLogFactory.createLogStrategy();
        LogStrategy consoleLogStrategy = consoleLogFactory.createLogStrategy();

        // 记录日志，并通知观察者
        String message = "This is a log message.";
        fileLogStrategy.log(message);
        logSubject.notifyObservers(message);

        consoleLogStrategy.log(message);
        logSubject.notifyObservers(message);
    }
}

在这个案例中，我向大家展示了如何使用策略模式、工厂模式和观察者模式来构建一个可扩展的日志系统。不同的日志记录策略和观察者可以独立扩展，而不影响系统的其他部分。

当然在现在各种框架、组件繁荣的业态下，要实现一个可扩展的日志系统有很多方法，因此，以上案例仅仅是从组合设计模式使用的角度举例说明解决方案的维度。

其他相关的日志系统实现方案

1、SLF4J 和 Logback

SLF4J 是一种简单的 Java 桥接器，提供了一个统一的日志接口，允许使用者在运行时绑定到不同的日志实现。Logback 是 SLF4J 的一个实现，提供了高性能、灵活配置的日志框架。

优势：SLF4J 提供了一个抽象层，使得可以方便地切换底层日志框架，如 Logback 等；Logback 支持异步日志，提供了强大的配置选项，可以满足各种需求。

2、Log4j2

Log4j2 是 Log4j 的升级版本，提供了性能更好的异步日志机制和更灵活的配置。支持插件化，可以通过插件扩展各种功能，如日志输出格式、日志过滤等。

优势：异步日志机制提高了性能，特别适合在高负载环境中使用，插件化的设计是的可以方便地扩展和定制。

3、ELK Stack

ELK Stack 是一组开源工具的组合，用于实时搜索、分析和可视化日志数据，ES 负责存储和索引日志数据，LogStash 用于收集和处理日志，Kibana 提供了可视化的界面。

优势：提供了强大的搜索和分析能力，支持实时监控和报警。通过 Kibana 可以方便地创建各种可视化图表。

4、AOP 和自定义注解

使用 AOP 和自定义注解，可以再代码中定义日志切面，将日志记录逻辑和业务逻辑分离，通过在关键方法上加上自定义注解，可以更灵活地控制日志记录。

优势：实现了业务逻辑和日志逻辑的解耦，提高了代码可维护性，可以通过自定义注解来控制日志记录的详细程度，避免无谓的日志记录。