设计模式之策略模式在设计一群鸭子中的应用

                    设计模式之策略模式在设计一群鸭子中的应用      
     在设计模式之策略模式里，我们介绍了有关设计模式中的策略模式的一些概念，和设计原则。模式，原则，方法等最终都是为了应用而服务的。在这里我们把它应用到一个关于鸭子的设计中去，一起来探讨一下它的实际应用，感受一下它的给我们带来了什么！  
      假设我们需要设计出各种各样的鸭子，一边游泳戏水， 一边呱呱叫。
      很明显这时我们需要设计了一个鸭子超类（Superclass），并让各种鸭子继承此超类。

 

public abstract class Duck {
 public void Swim() {
  //会游泳
 }
 public abstract display();//各种外观不一样，所以为抽象
 public void Quack() {
  //会叫
 }
}

    每一只鸭子就继承Duck类
 

public class MallardDuck extends Duck {
    public void display() {
    // 外观是绿色的
    }
 }
 public class RedheadDuck extends Duck{
    public void display(){
    // 外观是红色的
    }
 }

      好了，我们完成这些后，但是发现我们需要有一些鸭子是会飞的，应该怎么修改呢？
      也许你要说这很简单，在Duck类里面直接加入一个fly()方法，不就可以了。

 

public abstract class Duck {
 public void Swim() {
  //会游泳
 }
  public abstract display();//各种外观不一样，所以为抽象

 public void Quack() {
  //会叫
 }
  public void fly(){
    //会飞
  }      
}

      这时你会发现所有的鸭子都变成了会飞的,很明显这是不对了，例如橡皮鸭显然就不是了。
      你也许想到了另一种方法，在会飞的鸭子类里才添加该方法不就可以了嘛，
  

public class MallardDuck extend Duck{
    public void display(){
     // 外观是绿色的
     }
    public void fly(){
     //会飞
     }
  }

      这个方法看起来是很不错，可是有很多种鸭子都会飞的时候，代码的复用性很明显是不够好的,你不得不在
     每一个会飞的鸭子类里去写上同一个fly()方法,这可不是个好主意.
     可能你又想到另一个方法：采用继承和覆盖，在Duck类里实现fly()方法，在子类里如果不会飞的就覆盖它
  

 

 public abstract class Duck {
    public void Swim() {
     //会游泳
     }
    public abstract display();//各种外观不一样，所以为抽象
     public void Quack(){
     //会叫
     }
     public void fly(){
     //会飞
     }

  }
  //橡皮鸭吱吱叫，不会飞
 public class RubberDuck extend Duck{
    public void quack(){
     //覆盖成吱吱叫
     }
    public void display{
     //外观是橡皮鸭
     }
    public void fly{
     //什么也不做
     }
  }

  
      这样我们真实现了确实能飞的鸭子才可以飞起来了，看起来主意不错！ 问题到这儿似乎得到了解决
      但我们现在有了一种新的鸭子，诱铒鸭(不会飞也不会叫),看来需要这样来写
 

 public class DecoyDuck extend Duck{
     public void quack(){
     //覆盖，变成什么也不做
     }
     public void display(){
     //诱饵鸭
     }
     public void fly(){
     //覆盖，变成什么也不做
     }
  }

 
       我们来想一下,每当有新的鸭子子类出现或者鸭子新的特性出现，
       你就不得不被迫在Duck类里添加并在所有子类里检查可能需要覆盖fly()和quark()...这简直是无穷尽的恶梦。
      所以，我们需要一个更清晰的方法，让某些（而不是全部）鸭子类型可飞或可叫。让鸭子的特性能有更好的扩展性。
      我们试着用一下接口的方式怎么样？把fly()取出来，放进一个Flyable接口中，这样只有会飞的鸭子才实现这个接口，当然我们也可以照此来设计一个Quackbable接口，因为不是所有的鸭子都会叫,也只让会叫的鸭子才去实现这个接口.
      但这个方法和上面提到的在子类里去实现fly一样笨，如果几十种都可以飞，你得在几十个鸭子里去写上一样的fly(),如果一旦这个fly有所变更，你将不得不找到这几十个鸭子去一个一个改它们的fly()方法。

       你可能有些气恼了，这样也不太正确，那样也不太正确，谁来告诉我怎么样弄呢？还有没有更好的办法了呢？

      让我们先来总结一下:我们知道了使用继承有一些缺失， 因为改变鸭子的行为会影响所有种类的鸭子，而这并不恰当。Flyable与Quackable接口一开始似乎还挺不错， 解决了问题（ 只有会飞的鸭子才继承Flyable） ， 但是Java的接口不具有实现代码， 所以继承接口无法达到代码的复用。这意味着：无论何时你需要修改某个行为， 你必须得往下追踪并修改每一个定义此行为的类。
      让我们来想一下策略模式的第一原则：

找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起。

        好吧，回头看一下这个Duck类，就我们目前所知，除了fly()和quack()的问题之外，Duck类还算一切正常，主要是鸭子的行为总是可能变化的，让我们头痛就在于这些行为的变化，那我们就把这些行为独立出来。
       为了要把这两个行为从Duck 类中分开， 我们将把它们自Duck 类中取出，建立一组新类代表每个行为。我们建立两组类（完全远离Duck类），一个是「fly」相关的，一个是「quack」相关的，每一组类将实现各自的动作。比方说，我们可能有一个类实现「呱呱叫」，另一个类实现「吱吱叫」，另一个类实现「安静」。我们利用接口代表每组行为， 比方说， FlyBehavior来代表飞的行为，QuackBehavior代表叫的行为，而让每一种行为具体类来实现该行为接口。

       在此，我们有两个接口，FlyBehavior和QuackBehavior，还有它们对应的类，负责实现具体的行为：

public interface FlyBehavior {
  public void fly();
}
public class FlyWithWings implements FlyBehavior{
  public void fly{}{
  //实现鸭子飞行
 }
}
public class FlyNoWay implements FlyBehavior{
  public void fly{}{
   //什么也不做，不会飞
   }
}

public interface QuackBehavior{
  public void quack();
}
public class Quack implements QuackBehavior{
  public void quack(){
  //实现鸭子呱呱叫
  }
}
public class Squeak implements QuackBehavior{
  public void quack(){
   //实现鸭子吱吱叫
  }
}
public class MuteQuack implements QuackBehavior{
  public void quack(){
  //什么也不做，不会叫
  }
}

      实际上这样的设计，我们已经可以让飞行和呱呱叫的动作被其他的对象复用，因为这些行为已经与鸭子类无关了。如果我们新增一些行为，也不会影响到既有的行为类，也不会影响有已经使用到飞行行为的鸭子类。

       好了，我们设计好鸭子的易于变化的行为部分后，该到了整合鸭子行为的时候了。
       这时我们该想到策略模式的另一个原则了：

        针对接口编程， 而不是针对实现编程。

      首先， 在鸭子中加入两个实例变量， 分别为「flyBehavior」与「quackBehavior」， 声明为接口类型（ 而不是具体类实现类型）， 每个变量会利用多态的方式在运行时引用正确的行为类型（ 例如： FlyWithWings 、Squeak...等）。我们也必须将Duck类与其所有子类中的fly()与quack()移除，因为这些行为已经被搬移到FlyBehavior与Quackehavior类中了，用performFly()和performQuack()取代Duck类中的fly()与quack()。

 

public abstract class Duck(){
   FlyBehavior flyBehavior;
   QuackBehavior quackBehavior;
   public void swim(){
   //会游泳
   }
   public abstract void display();//各种外观不一样，所以为抽象
   public void performQuack(){
     quackBehavior.quack();
   }
   public void performFly(){
     flyBehavior.fly();
   }
   
}

      很容易，是吧？想进行呱呱叫的动作，Duck对象只要叫quackBehavior对象
去呱呱叫就可以了。在这部分的代码中，我们不在乎QuackBehavior 接口的对象到底是什么，我们只关心该对象
知道如何进行呱呱叫就够了。

      好吧！ 现在来关心如何设定flyBehavior 与quackBehavior的实例变量。
看看MallardDuck类：

 

public class MallardDuck extends Duck {
  public MallardDuck() {
  \\绿头鸭使用Quack类处理呱呱叫，所以当performQuack() 被调用，就把责任委托给Quack对象进行真正的呱呱叫。
    quackBehavior = new Quack();
  \\使用FlyWithWings作为其FlyBehavior类型。
  flyBehavior = new FlyWithWings();
 }
}

       所以，绿头鸭会真的『呱呱叫』，而不是『吱吱叫』，或『叫不出声』。这是怎么办到的？当MallardDuck实例化时，它的构造器会
把继承来的quackBehavior实例变量初始化成Quack类型的新实例（Quack是QuackBehavior的具体实现类）。同样的处理方式也可以用在飞行行为上： MallardDuck 的构造器将flyBehavior 实例变量初始化成FlyWithWings 类型的实例（
FlyWithWings是FlyBehavior的具体实现类）。
     输入下面的Duck类（Duck.java） 以及MallardDuck 类MallardDuck.java），并编译之。

 

 

 

public abstract class Duck {
   
   //为行为接口类型声明两个引用变量， 所有鸭子子类（在同一个packge）都继承它们。
   FlyBehavior flyBehavior;
   QuackBehavior quackBehavior;
   public Duck() {
   }
   public abstract void display();
   public void performFly() {
      flyBehavior.fly();//委托给行为类
   }
   public void performQuack() {
      quackBehavior.quack();//委托给行为类
   }
   public void swim() {
      System.out.println("All ducks float, even decoys!");
   }
}

 

 

public class MallardDuck extends Duck {
    public MallardDuck() {
        quackBehavior = new Quack();
        flyBehavior = new FlyWithWings();
    }

    public void display() {
        System.out.println("I’m a real Mallard duck");
    }
}

      输入FlyBehavior接口（FlyBehavior.java）与两个行为实现类（FlyWithWings.java与FlyNoWay.java），并编译之。

 

 

public interface FlyBehavior {//所有飞行行为类必须实现的接口
   public void fly();
}
public class FlyWithWings implements FlyBehavior {//这是飞行行为的实现， 给「真会」飞的鸭子用 .. .
  public void fly() {
    System.out.println("I’m flying!!");
  }
}
public class FlyNoWay implements FlyBehavior {//这是飞行行为的实现， 给「不会」飞的鸭子用（ 包括橡皮鸭和诱饵鸭）
  public void fly() {
   System.out.println("I can’t fly");
  }
}

      输入QuackBehavior接口（QuackBehavior.java)及其三个实现类（Quack.java、MuteQuack.java、Squeak.java），并编译之。

 

public interface QuackBehavior {
   public void quack();
}
public class Quack implements QuackBehavior {
   public void quack() {
    System.out.println(“Quack”);
   }
}
public class MuteQuack implements QuackBehavior {
  public void quack() {
    System.out.println(“<< Silence >>”);
  }
}
public class Squeak implements QuackBehavior {
  public void quack() {
    System.out.println(“Squeak”);
  }
}

     输入并编译测试类（MiniDuckSimulator.java）

 

public class MiniDuckSimulator {
  public static void main(String[] args) {
     Duck mallard = new MallardDuck();
     mallard.display();
    //这会调用MallardDuck继承来的performQuack() ，进而委托给该对象的QuackBehavior对象处理。（也就是说，调用继承来的quackBehavior的quack()）
    mallard.performQuack();
    //至于performFly() ， 也是一样的道理。
    mallard.performFly();
  }
}

    运行结果：
        I’m a real Mallard duck
        Quack
         I’m flying!!
   
     虽然我们把行为设定成具体的类（通过实例化类似Quack 或FlyWithWings的行为类， 并指定到行为引
用变量中），但是还是可以在运行时轻易地改变该行为。
所以，目前的作法还是很有弹性的，只是初始化实例变量的作法不够弹性罢了。
我们希望一切能有弹性，毕竟，正是因为一开始的设计的鸭子行为没有弹性，才让我们走到现在这条路。
      我们还想能够「指定」行为到鸭子的实例， 比方说， 想要产生绿头鸭实例， 并指定特定「类型」的飞行
行为给它。干脆顺便让鸭子的行为可以动态地改变好了。换句话说，我们应该在鸭子类中包含设定行为的方法。
      因为quackBehavior实例变量是一个接口类型，所以我们是能够在运行时，透过多态动态地指定不同的QuickBehavior实现类给它。
我们在鸭子子类透过设定方法（settermethod）设定鸭子的行为，而不是在鸭子的构造器内实例化。

    在Duck类中，加入两个新方法：从此以后， 我们可以「随时」调用这两个方法改变鸭子的行为。

public strate class Duck(){
  FlyBehavior flyBehavior;
  QuackBehavior quackBehavior;
  public void setFlyBehavior(FlyBehavior fb) {
    flyBehavior = fb; 
  }
  public void setQuackBehavior(QuackBehavior qb) {
    quackBehavior = qb;
  }
  
  }

好了，让我们再制造一个新的鸭子类型：模型鸭（ModelDuck.java） 

 

public class ModelDuck extends Duck {
   public ModelDuck() {
     flyBehavior = new FlyNoWay();//初始状态， 我们的模型鸭是不会飞的。
     quackBehavior = new Quack();//初始状态，我们的模型鸭是可以叫的.
   }
   public void display() {
     System.out.println("I’m a model duck");
   }
 }

建立一个新的FlyBehavior类型（FlyRocketPowered.java）

public class FlyRocketPowered implements FlyBehavior {
// 我们建立一个利用火箭动力的飞行行为。
  public void fly() {
    System.out.println("I’m flying with a rocket!");
  }
}

改变测试类（MiniDuckSimulator.java），加上模型鸭，并使模型鸭具有火箭动力。

public class MiniDuckSimulator {
   public static void main(String[] args) {
     Duck mallard = new MallardDuck();
     mallard.performQuack();
     mallard.performFly();
     Duck model = new ModelDuck();
 //第一次调用performFly() 会被委托给flyBehavior对象（ 也就是FlyNoWay对象），该对象是在模型鸭构造器中设置的。
   model.performFly();
//这会调用继承来的setter 方法，把火箭动力飞行的行为设定到模型鸭中。哇咧！ 模型鸭突然具有火箭动力飞行能力。
  model.setFlyBehavior(new FlyRocketPowered());
//如果成功了， 就意味着模型鸭动态地改变行为。如果把行为的实现绑死在鸭子类中， 可就无法做到这样。
   model.performFly();
   }
  }

运行一下，看下结果

   I’m a real Mallard duck
  Quack
  I’m flying!!
  I’m a model duck
  I can’t fly
  I’m flying with a rocket!
    如同本例一般，当你将两个类结合起来使用，这就是组合（composition）。这种作法和『继承』不同的地方在于，
鸭子的行为不是继承而来，而是和适当的行为对象『组合』而来。
这是一个很重要的技巧。其实是使用了策略模式中的第三个设计原则：

     多用组合，少用继承。


    现在来总结一下，鸭子的行为被放在分开的类中，此类专门提供某行为的实现。
这样，鸭子类就不再需要知道行为的实现细节。
鸭子类不会负责实现Flyable与Quackable接口，反而是由其他类专门实现FlyBehavior与QuackBehavior，
这就称为「行为」类。由行为类实现行为接口，而不是由Duck类实现行为接口。
这样的作法迥异于以往，行为不再是由继承Duck超类的具体实现而来， 或是继承某个接口并由子类自行实现而来。
(这两种作法都是依赖于「实现」， 我们被实现绑得死死的， 没办法更改行为,除非写更多代码)。
在我们的新设计中， 鸭子的子类使用接口（ FlyBehavior与QuackBehavior）所表示的行为，所以实际的实现不会被
绑死在鸭子的子类中。（ 换句话说， 特定的实现代码位于实现FlyBehavior与QuakcBehavior的特定类中）,这样我们就获得了更大的灵活性和可扩展性。