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设计模式之Composite(组合)

哼哼 — Tue, 20 Mar 2007 03:26:00 GMT

Composite模式定义:
将对象以树形结构组织起来,以达成“部分－整体” 的层次结构，使得客户端对单个对象和组合对象的使用具有一致性.

Composite比较容易理解，想到Composite就应该想到树形结构图。组合体内这些对象都有共同接口,当组合体一个对象的方法被调用执行时，Composite将遍历(Iterator)整个树形结构,寻找同样包含这个方法的对象并实现调用执行。可以用牵一动百来形容。

所以Composite模式使用到Iterator模式，和Chain of Responsibility模式类似。

Composite好处:
1.使客户端调用简单，客户端可以一致的使用组合结构或其中单个对象，用户就不必关系自己处理的是单个对象还是整个组合结构，这就简化了客户端代码。
2.更容易在组合体内加入对象部件. 客户端不必因为加入了新的对象部件而更改代码。

如何使用Composite?
首先定义一个接口或抽象类，这是设计模式通用方式了，其他设计模式对接口内部定义限制不多，Composite却有个规定，那就是要在接口内部定义一个用于访问和管理Composite组合体的对象们（或称部件Component）.

下面的代码是以抽象类定义，一般尽量用接口interface,

public abstract class Equipment
{
　　private String name;
　　//实价
　　public abstract double netPrice();
　　//折扣价格
　　public abstract double discountPrice();
　　//增加部件方法　　
　　public boolean add(Equipment equipment) { return false; }
　　//删除部件方法
　　public boolean remove(Equipment equipment) { return false; }
　　//注意这里，这里就提供一种用于访问组合体类的部件方法。
　　public Iterator iter() { return null; }
　　
　　public Equipment(final String name) { this.name=name; }
}

抽象类Equipment就是Component定义，代表着组合体类的对象们,Equipment中定义几个共同的方法。

public class Disk extends Equipment
{
　　public Disk(String name) { super(name); }
　　//定义Disk实价为1
　　public double netPrice() { return 1.; }
　　//定义了disk折扣价格是0.5 对折。
　　public double discountPrice() { return .5; }
}

Disk是组合体内的一个对象，或称一个部件，这个部件是个单独元素( Primitive)。
还有一种可能是，一个部件也是一个组合体，就是说这个部件下面还有'儿子'，这是树形结构中通常的情况，应该比较容易理解。现在我们先要定义这个组合体：

abstract class CompositeEquipment extends Equipment
{
　　private int i=0;
　　//定义一个Vector 用来存放'儿子'
　　private Lsit equipment=new ArrayList();

　　public CompositeEquipment(String name) { super(name); }

　　public boolean add(Equipment equipment) {
　　　　 this.equipment.add(equipment);
　　　　 return true;
　　 }

　　public double netPrice()
　　{
　　　　double netPrice=0.;
　　　　Iterator iter=equipment.iterator();
　　　　for(iter.hasNext())
　　　　　　netPrice+=((Equipment)iter.next()).netPrice();
　　　　return netPrice;
　　}

　　public double discountPrice()
　　{
　　　　double discountPrice=0.;
　　　　Iterator iter=equipment.iterator();
　　　　for(iter.hasNext())
　　　　　　discountPrice+=((Equipment)iter.next()).discountPrice();
　　　　return discountPrice;
　　}
　　

　　//注意这里，这里就提供用于访问自己组合体内的部件方法。
　　//上面dIsk 之所以没有，是因为Disk是个单独(Primitive)的元素.
　　public Iterator iter()
　　{
　　　　return equipment.iterator() ;
　　{
　　//重载Iterator方法
　　 public boolean hasNext() { return i　　//重载Iterator方法
　　 public Object next()
　　 {
　　　　if(hasNext())
　　　　　　 return equipment.elementAt(i++);
　　　　else
　　　　　 throw new NoSuchElementException();
　　 }
　　

}

上面CompositeEquipment继承了Equipment,同时为自己里面的对象们提供了外部访问的方法,重载了Iterator,Iterator是Java的Collection的一个接口，是Iterator模式的实现.

我们再看看CompositeEquipment的两个具体类:盘盒Chassis和箱子Cabinet，箱子里面可以放很多东西，如底板，电源盒，硬盘盒等；盘盒里面可以放一些小设备，如硬盘软驱等。无疑这两个都是属于组合体性质的。

public class Chassis extends CompositeEquipment
{
　　 public Chassis(String name) { super(name); }
　　 public double netPrice() { return 1.+super.netPrice(); }
　　 public double discountPrice() { return .5+super.discountPrice(); }
}

public class Cabinet extends CompositeEquipment
{
　　 public Cabinet(String name) { super(name); }
　　 public double netPrice() { return 1.+super.netPrice(); }
　　 public double discountPrice() { return .5+super.discountPrice(); }
}

至此我们完成了整个Composite模式的架构。

我们可以看看客户端调用Composote代码:

Cabinet cabinet=new Cabinet("Tower");

Chassis chassis=new Chassis("PC Chassis");
//将PC Chassis装到Tower中 (将盘盒装到箱子里)
cabinet.add(chassis);
//将一个10GB的硬盘装到 PC Chassis (将硬盘装到盘盒里)
chassis.add(new Disk("10 GB"));

//调用 netPrice()方法;
System.out.println("netPrice="+cabinet.netPrice());
System.out.println("discountPrice="+cabinet.discountPrice());

上面调用的方法netPrice()或discountPrice()，实际上Composite使用Iterator遍历了整个树形结构,寻找同样包含这个方法的对象并实现调用执行.

Composite是个很巧妙体现智慧的模式，在实际应用中，如果碰到树形结构，我们就可以尝试是否可以使用这个模式。

以论坛为例，一个版(forum)中有很多帖子(message),这些帖子有原始贴，有对原始贴的回应贴，是个典型的树形结构，那么当然可以使用Composite模式，那么我们进入Jive中看看，是如何实现的.

我们在ForumThread看到如下代码：

public interface ForumThread {
　　 ....
　　 public void addMessage(ForumMessage parentMessage, ForumMessage newMessage)
　　　　　　 throws UnauthorizedException;

　　 public void deleteMessage(ForumMessage message)
　　　　　　 throws UnauthorizedException;

　　
　　 public Iterator messages();
　　　　 ....

}

类似CompositeEquipment, 提供用于访问自己组合体内的部件方法: 增加删除遍历.

结合我的其他模式中对Jive的分析，我们已经基本大体理解了Jive论坛体系的框架，如果你之前不理解设计模式，而直接去看Jive源代码，你肯定无法看懂。

哼哼 2007-03-20 11:26 发表评论

设计模式之Decorator(油漆工)

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 09:57:00 GMT

装饰模式:Decorator常被翻译成"装饰",我觉得翻译成"油漆工"更形象点,油漆工(decorator)是用来刷油漆的,那么被刷油漆的对象我们称decoratee.这两种实体在Decorator模式中是必须的.

Decorator定义:
动态给一个对象添加一些额外的职责,就象在墙上刷油漆.使用Decorator模式相比用生成子类方式达到功能的扩充显得更为灵活.

为什么使用Decorator?
我们通常可以使用继承来实现功能的拓展,如果这些需要拓展的功能的种类很繁多,那么势必生成很多子类,增加系统的复杂性,同时,使用继承实现功能拓展,我们必须可预见这些拓展功能,这些功能是编译时就确定了,是静态的.

使用Decorator的理由是:这些功能需要由用户动态决定加入的方式和时机.Decorator提供了"即插即用"的方法,在运行期间决定何时增加何种功能.

如何使用?
举Adapter中的打桩示例,在Adapter中有两种类:方形桩圆形桩,Adapter模式展示如何综合使用这两个类,在Decorator模式中,我们是要在打桩时增加一些额外功能,比如,挖坑在桩上钉木板等,不关心如何使用两个不相关的类.

我们先建立一个接口:

public interface Work
{
　　public void insert();

}

接口Work有一个具体实现:插入方形桩或圆形桩,这两个区别对Decorator是无所谓.我们以插入方形桩为例:

public class SquarePeg implements Work{
　　public void insert(){
　　　　System.out.println("方形桩插入");
　　}

}

现在有一个应用:需要在桩打入前,挖坑,在打入后,在桩上钉木板,这些额外的功能是动态,可能随意增加调整修改,比如,可能又需要在打桩之后钉架子(只是比喻).

那么我们使用Decorator模式,这里方形桩SquarePeg是decoratee(被刷油漆者),我们需要在decoratee上刷些"油漆",这些油漆就是那些额外的功能.

public class Decorator implements Work{

　　private Work work;
　　//额外增加的功能被打包在这个List中
　　private ArrayList others = new ArrayList();

　　//在构造器中使用组合new方式,引入Work对象;
　　public Decorator(Work work)
　　{
　　　　this.work=work;
　　
　　　　others.add("挖坑");

　　　　others.add("钉木板");
　　}

　　public void insert(){

　　　　newMethod();
　　}

　　
　　//在新方法中,我们在insert之前增加其他方法,这里次序先后是用户灵活指定的　　
　　public void newMethod()
　　{
　　　　otherMethod();
　　　　work.insert();

　　}

　　public void otherMethod()
　　{
　　　　ListIterator listIterator = others.listIterator();
　　　　while (listIterator.hasNext())
　　　　{
　　　　　　System.out.println(((String)(listIterator.next())) + " 正在进行");
　　　　}

　　}

}

在上例中,我们把挖坑和钉木板都排在了打桩insert前面,这里只是举例说明额外功能次序可以任意安排.

好了,Decorator模式出来了,我们看如何调用:

Work squarePeg = new SquarePeg();
Work decorator = new Decorator(squarePeg);
decorator.insert();

Decorator模式至此完成.

如果你细心,会发现,上面调用类似我们读取文件时的调用:

FileReader fr = new FileReader(filename);
BufferedReader br = new BufferedReader(fr);

实际上Java 的I/O API就是使用Decorator实现的,I/O变种很多,如果都采取继承方法,将会产生很多子类,显然相当繁琐.

Jive中的Decorator实现
在论坛系统中,有些特别的字是不能出现在论坛中如"打倒XXX",我们需要过滤这些"反动"的字体.不让他们出现或者高亮度显示.

在IBM Java专栏中专门谈Jive的文章中,有谈及Jive中ForumMessageFilter.java使用了Decorator模式,其实,该程序并没有真正使用Decorator,而是提示说:针对特别论坛可以设计额外增加的过滤功能,那么就可以重组ForumMessageFilter作为Decorator模式了.

所以,我们在分辨是否真正是Decorator模式,以及会真正使用Decorator模式,一定要把握好Decorator模式的定义,以及其中参与的角色(Decoratee 和Decorator).

哼哼 2007-03-16 17:57 发表评论

设计模式之Facade(外观总管 Manager)

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 09:42:00 GMT

Facade模式的定义 : 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面.

Facade一个典型应用就是数据库JDBC的应用,如下例对数据库的操作:

public class DBCompare {

　　Connection conn = null;
　　PreparedStatement prep = null;
　　ResultSet rset = null;
　　try {
　　　　Class.forName( "" ).newInstance();
　　　　 conn = DriverManager.getConnection( "" );
　　　　
　　　　 String sql = "SELECT * FROM

WHERE = ?";
　　　　 prep = conn.prepareStatement( sql );
　　　　 prep.setString( 1, "" );
　　　　 rset = prep.executeQuery();
　　　　 if( rset.next() ) {
　　　　　　　　System.out.println( rset.getString( "　　　　　}
　　} catch( SException e ) {
　　　　 e.printStackTrace();
　　} finally {
　　　　 rset.close();
　　　　 prep.close();
　　　　 conn.close();
　　}
}

上例是Jsp中最通常的对数据库操作办法.

在应用中,经常需要对数据库操作,每次都写上述一段代码肯定比较麻烦,需要将其中不变的部分提炼出来,做成一个接口,这就引入了facade外观对象.如果以后我们更换Class.forName中的也非常方便,比如从Mysql数据库换到Oracle数据库,只要更换facade接口中的driver就可以.

我们做成了一个Facade接口,使用该接口,上例中的程序就可以更改如下:

public class DBCompare {

　 String sql = "SELECT * FROM

WHERE = ?";　　

　　try {
　　　　Mysql msql=new mysql(sql);
　　　　 prep.setString( 1, "" );
　　　　 rset = prep.executeQuery();
　　　　 if( rset.next() ) {
　　　　　　　　System.out.println( rset.getString( "　　　　　}
　　} catch( SException e ) {
　　　　 e.printStackTrace();
　　} finally {
　　　　 mysql.close();
　　　　 mysql=null;
　　}
}

可见非常简单,所有程序对数据库访问都是使用改接口,降低系统的复杂性,增加了灵活性.

如果我们要使用连接池,也只要针对facade接口修改就可以.

由上图可以看出, facade实际上是个理顺系统间关系,降低系统间耦合度的一个常用的办法,也许你已经不知不觉在使用,尽管不知道它就是facade.

哼哼 2007-03-16 17:42 发表评论

设计模式之Adapter(适配器)

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 08:36:00 GMT

适配器模式定义:
将两个不兼容的类纠合在一起使用，属于结构型模式,需要有Adaptee(被适配者)和Adaptor(适配器)两个身份.

为何使用?
我们经常碰到要将两个没有关系的类组合在一起使用,第一解决方案是：修改各自类的接口，但是如果我们没有源代码，或者，我们不愿意为了一个应用而修改各自的接口。怎么办?

使用Adapter，在这两种接口之间创建一个混合接口(混血儿).

如何使用?
实现Adapter方式,其实"think in Java"的"类再生"一节中已经提到,有两种方式：组合(composition)和继承(inheritance).

假设我们要打桩，有两种类：方形桩圆形桩.
public class SquarePeg{
　　public void insert(String str){
　　　　System.out.println("SquarePeg insert():"+str);
　　}

}

public class RoundPeg{
　　public void insertIntohole(String msg){
　　　　System.out.println("RoundPeg insertIntoHole():"+msg);
}
}

现在有一个应用,需要既打方形桩,又打圆形桩.那么我们需要将这两个没有关系的类综合应用.假设RoundPeg我们没有源代码,或源代码我们不想修改,那么我们使用Adapter来实现这个应用:

public class PegAdapter extends SquarePeg{

　　private RoundPeg roundPeg;

　　public PegAdapter(RoundPeg peg)(this.roundPeg=peg;)

　　public void insert(String str){ roundPeg.insertIntoHole(str);}

}

在上面代码中,RoundPeg属于Adaptee,是被适配者.PegAdapter是Adapter,将Adaptee(被适配者RoundPeg)和Target(目标SquarePeg)进行适配.实际上这是将组合方法(composition)和继承(inheritance)方法综合运用.

PegAdapter首先继承SquarePeg，然后使用new的组合生成对象方式，生成RoundPeg的对象roundPeg，再重载父类insert()方法。从这里,你也了解使用new生成对象和使用extends继承生成对象的不同,前者无需对原来的类修改,甚至无需要知道其内部结构和源代码.

如果你有些Java使用的经验，已经发现，这种模式经常使用。

进一步使用
上面的PegAdapter是继承了SquarePeg,如果我们需要两边继承，即继承SquarePeg 又继承RoundPeg,因为Java中不允许多继承，但是我们可以实现(implements)两个接口(interface)

public interface IRoundPeg{
　　public void insertIntoHole(String msg);

}

public interface ISquarePeg{
　　public void insert(String str);

}

下面是新的RoundPeg 和SquarePeg, 除了实现接口这一区别，和上面的没什么区别。
public class SquarePeg implements ISquarePeg{
　　public void insert(String str){
　　　　System.out.println("SquarePeg insert():"+str);
　　}

}

public class RoundPeg implements IRoundPeg{
　　public void insertIntohole(String msg){
　　　　System.out.println("RoundPeg insertIntoHole():"+msg);
　　}
}

下面是新的PegAdapter,叫做two-way adapter:

public class PegAdapter implements IRoundPeg,ISquarePeg{

　　private RoundPeg roundPeg;
　　private SquarePeg squarePeg;

　　// 构造方法
　　public PegAdapter(RoundPeg peg){this.roundPeg=peg;}
　　// 构造方法
　　public PegAdapter(SquarePeg peg)(this.squarePeg=peg;)

　　public void insert(String str){ roundPeg.insertIntoHole(str);}

}

还有一种叫Pluggable Adapters,可以动态的获取几个adapters中一个。使用Reflection技术，可以动态的发现类中的Public方法。

哼哼 2007-03-16 16:36 发表评论

设计模式之Proxy(代理)

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 07:48:00 GMT

理解并使用设计模式,能够培养我们良好的面向对象编程习惯,同时在实际应用中,可以如鱼得水,享受游刃有余的乐趣.

代理模式是比较有用途的一种模式,而且变种较多,应用场合覆盖从小结构到整个系统的大结构,Proxy是代理的意思,我们也许有代理服务器等概念,代理概念可以解释为:在出发点到目的地之间有一道中间层,意为代理.

设计模式中定义: 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问.

为什么要使用Proxy?
1.授权机制不同级别的用户对同一对象拥有不同的访问权利,如Jive论坛系统中,就使用Proxy进行授权机制控制,访问论坛有两种人:注册用户和游客(未注册用户),Jive中就通过类似ForumProxy这样的代理来控制这两种用户对论坛的访问权限.

2.某个客户端不能直接操作到某个对象,但又必须和那个对象有所互动.
举例两个具体情况:
(1)如果那个对象是一个是很大的图片,需要花费很长时间才能显示出来,那么当这个图片包含在文档中时,使用编辑器或浏览器打开这个文档,打开文档必须很迅速,不能等待大图片处理完成,这时需要做个图片Proxy来代替真正的图片.

(2)如果那个对象在Internet的某个远端服务器上,直接操作这个对象因为网络速度原因可能比较慢,那我们可以先用Proxy来代替那个对象.

总之原则是,对于开销很大的对象,只有在使用它时才创建,这个原则可以为我们节省很多宝贵的Java内存. 所以,有些人认为Java耗费资源内存,我以为这和程序编制思路也有一定的关系.

如何使用Proxy?
以Jive论坛系统为例,访问论坛系统的用户有多种类型:注册普通用户论坛管理者系统管理者游客,注册普通用户才能发言;论坛管理者可以管理他被授权的论坛;系统管理者可以管理所有事务等,这些权限划分和管理是使用Proxy完成的.

Forum是Jive的核心接口,在Forum中陈列了有关论坛操作的主要行为,如论坛名称论坛描述的获取和修改,帖子发表删除编辑等.

在ForumPermissions中定义了各种级别权限的用户:

public class ForumPermissions implements Cacheable {

/**
* Permission to read object.
*/
public static final int READ = 0;

/**
* Permission to administer the entire sytem.
*/
public static final int SYSTEM_ADMIN = 1;

/**
* Permission to administer a particular forum.
*/
public static final int FORUM_ADMIN = 2;

/**
* Permission to administer a particular user.
*/
public static final int USER_ADMIN = 3;

/**
* Permission to administer a particular group.
*/
public static final int GROUP_ADMIN = 4;

/**
* Permission to moderate threads.
*/
public static final int MODERATE_THREADS = 5;

/**
* Permission to create a new thread.
*/
public static final int CREATE_THREAD = 6;

/**
* Permission to create a new message.
*/
public static final int CREATE_MESSAGE = 7;

/**
* Permission to moderate messages.
*/
public static final int MODERATE_MESSAGES = 8;

.....

public boolean isSystemOrForumAdmin() {
　　return (values[FORUM_ADMIN] || values[SYSTEM_ADMIN]);
}

.....

}

因此,Forum中各种操作权限是和ForumPermissions定义的用户级别有关系的,作为接口Forum的实现:ForumProxy正是将这种对应关系联系起来.比如,修改Forum的名称,只有论坛管理者或系统管理者可以修改,代码如下:

public class ForumProxy implements Forum {

private ForumPermissions permissions;
private Forum forum;
this.authorization = authorization;

public ForumProxy(Forum forum, Authorization authorization,
ForumPermissions permissions)
{
this.forum = forum;
this.authorization = authorization;
this.permissions = permissions;
}

.....

public void setName(String name) throws UnauthorizedException,
ForumAlreadyExistsException
{
　　//只有是系统或论坛管理者才可以修改名称
　　if (permissions.isSystemOrForumAdmin()) {
　　　　forum.setName(name);
　　}
　　else {
　　　　throw new UnauthorizedException();
　　}
}

...

}

而DbForum才是接口Forum的真正实现,以修改论坛名称为例:

public class DbForum implements Forum, Cacheable {
...

public void setName(String name) throws ForumAlreadyExistsException {

　　....

　　this.name = name;
　　//这里真正将新名称保存到数据库中
　　saveToDb();

　　....
}

...

}

凡是涉及到对论坛名称修改这一事件,其他程序都首先得和ForumProxy打交道,由ForumProxy决定是否有权限做某一样事情,ForumProxy是个名副其实的"网关","安全代理系统".

在平时应用中,无可避免总要涉及到系统的授权或安全体系,不管你有无意识的使用Proxy,实际你已经在使用Proxy了.

我们继续结合Jive谈入深一点,下面要涉及到工厂模式了,如果你不了解工厂模式,请看我的另外一篇文章:设计模式之Factory

我们已经知道,使用Forum需要通过ForumProxy,Jive中创建一个Forum是使用Factory模式,有一个总的抽象类ForumFactory,在这个抽象类中,调用ForumFactory是通过getInstance()方法实现,这里使用了Singleton(也是设计模式之一,由于介绍文章很多,我就不写了,看这里),getInstance()返回的是ForumFactoryProxy.

为什么不返回ForumFactory,而返回ForumFactory的实现ForumFactoryProxy?
原因是明显的,需要通过代理确定是否有权限创建forum.

在ForumFactoryProxy中我们看到代码如下:

public class ForumFactoryProxy extends ForumFactory {

　　protected ForumFactory factory;
　　protected Authorization authorization;
　　protected ForumPermissions permissions;

　　public ForumFactoryProxy(Authorization authorization, ForumFactory factory,
　　ForumPermissions permissions)
　　{
　　　　this.factory = factory;
　　　　this.authorization = authorization;
　　　　this.permissions = permissions;
　　}

　　public Forum createForum(String name, String description)
　　　　　　throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException
　　{
　　　　//只有系统管理者才可以创建forum
　　　　if (permissions.get(ForumPermissions.SYSTEM_ADMIN)) {
　　　　　　Forum newForum = factory.createForum(name, description);
　　　　　　return new ForumProxy(newForum, authorization, permissions);
　　　　}
　　　　else {
　　　　　　throw new UnauthorizedException();
　　}
}

方法createForum返回的也是ForumProxy, Proxy就象一道墙,其他程序只能和Proxy交互操作.

注意到这里有两个Proxy:ForumProxy和ForumFactoryProxy. 代表两个不同的职责:使用Forum和创建Forum;
至于为什么将使用对象和创建对象分开,这也是为什么使用Factory模式的原因所在:是为了"封装" "分派";换句话说,尽可能功能单一化,方便维护修改.

Jive论坛系统中其他如帖子的创建和使用,都是按照Forum这个思路而来的.

以上我们讨论了如何使用Proxy进行授权机制的访问,Proxy还可以对用户隐藏另外一种称为copy-on-write的优化方式.拷贝一个庞大而复杂的对象是一个开销很大的操作,如果拷贝过程中,没有对原来的对象有所修改,那么这样的拷贝开销就没有必要.用代理延迟这一拷贝过程.

比如:我们有一个很大的Collection,具体如hashtable,有很多客户端会并发同时访问它.其中一个特别的客户端要进行连续的数据获取,此时要求其他客户端不能再向hashtable中增加或删除东东.

最直接的解决方案是:使用collection的lock,让这特别的客户端获得这个lock,进行连续的数据获取,然后再释放lock.
public void foFetches(Hashtable ht){
　　synchronized(ht){
　　　　//具体的连续数据获取动作..
　　}

}

但是这一办法可能锁住Collection会很长时间,这段时间,其他客户端就不能访问该Collection了.

第二个解决方案是clone这个Collection,然后让连续的数据获取针对clone出来的那个Collection操作.这个方案前提是,这个Collection是可clone的,而且必须有提供深度clone的方法.Hashtable就提供了对自己的clone方法,但不是Key和value对象的clone,关于Clone含义可以参考专门文章.
public void foFetches(Hashtable ht){

　　Hashttable newht=(Hashtable)ht.clone();

}

问题又来了,由于是针对clone出来的对象操作,如果原来的母体被其他客户端操作修改了, 那么对clone出来的对象操作就没有意义了.

最后解决方案:我们可以等其他客户端修改完成后再进行clone,也就是说,这个特别的客户端先通过调用一个叫clone的方法来进行一系列数据获取操作.但实际上没有真正的进行对象拷贝,直至有其他客户端修改了这个对象Collection.

使用Proxy实现这个方案.这就是copy-on-write操作.

Proxy应用范围很广,现在流行的分布计算方式RMI和Corba等都是Proxy模式的应用.

Sun公司的 Explore the Dynamic Proxy API Dynamic Proxy Classes

哼哼 2007-03-16 15:48 发表评论

设计模式之Factory

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 07:28:00 GMT

工厂模式定义:提供创建对象的接口.

为何使用?
工厂模式是我们最常用的模式了,著名的Jive论坛 ,就大量使用了工厂模式，工厂模式在Java程序系统可以说是随处可见。

为什么工厂模式是如此常用？因为工厂模式就相当于创建实例对象的new，我们经常要根据类Class生成实例对象，如A a=new A() 工厂模式也是用来创建实例对象的，所以以后new时就要多个心眼，是否可以考虑实用工厂模式，虽然这样做，可能多做一些工作，但会给你系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量。

我们以类Sample为例，如果我们要创建Sample的实例对象:

Sample sample=new Sample();

可是，实际情况是，通常我们都要在创建sample实例时做点初始化的工作,比如赋值查询数据库等。

首先，我们想到的是，可以使用Sample的构造函数，这样生成实例就写成:

Sample sample=new Sample(参数);

但是，如果创建sample实例时所做的初始化工作不是象赋值这样简单的事，可能是很长一段代码，如果也写入构造函数中，那你的代码很难看了（就需要Refactor重整）。

为什么说代码很难看，初学者可能没有这种感觉，我们分析如下，初始化工作如果是很长一段代码，说明要做的工作很多，将很多工作装入一个方法中，相当于将很多鸡蛋放在一个篮子里，是很危险的，这也是有背于Java面向对象的原则，面向对象的封装(Encapsulation)和分派(Delegation)告诉我们，尽量将长的代码分派“切割”成每段，将每段再“封装”起来(减少段和段之间偶合联系性)，这样，就会将风险分散，以后如果需要修改，只要更改每段，不会再发生牵一动百的事情。

在本例中，首先，我们需要将创建实例的工作与使用实例的工作分开, 也就是说，让创建实例所需要的大量初始化工作从Sample的构造函数中分离出去。

这时我们就需要Factory工厂模式来生成对象了，不能再用上面简单new Sample(参数)。还有,如果Sample有个继承如MySample, 按照面向接口编程,我们需要将Sample抽象成一个接口.现在Sample是接口,有两个子类MySample 和HisSample .我们要实例化他们时,如下:

Sample mysample=new MySample();
Sample hissample=new HisSample();

随着项目的深入,Sample可能还会"生出很多儿子出来", 那么我们要对这些儿子一个个实例化,更糟糕的是,可能还要对以前的代码进行修改:加入后来生出儿子的实例.这在传统程序中是无法避免的.

但如果你一开始就有意识使用了工厂模式,这些麻烦就没有了.

工厂方法
你会建立一个专门生产Sample实例的工厂:

public class Factory{

　　public static Sample creator(int which){

　　//getClass 产生Sample 一般可使用动态类装载装入类。
　　if (which==1)
　　　　return new SampleA();
　　else if (which==2)
　　　　return new SampleB();

　　}

那么在你的程序中,如果要实例化Sample时.就使用

Sample sampleA=Factory.creator(1);

这样,在整个就不涉及到Sample的具体子类,达到封装效果,也就减少错误修改的机会,这个原理可以用很通俗的话来比喻:就是具体事情做得越多,越容易范错误.这每个做过具体工作的人都深有体会,相反,官做得越高,说出的话越抽象越笼统,范错误可能性就越少.好象我们从编程序中也能悟出人生道理?呵呵.

使用工厂方法要注意几个角色，首先你要定义产品接口，如上面的Sample,产品接口下有Sample接口的实现类,如SampleA,其次要有一个factory类，用来生成产品Sample，如下图，最右边是生产的对象Sample：

进一步稍微复杂一点，就是在工厂类上进行拓展，工厂类也有继承它的实现类concreteFactory了。

抽象工厂
工厂模式中有: 工厂方法(Factory Method) 抽象工厂(Abstract Factory).

这两个模式区别在于需要创建对象的复杂程度上。如果我们创建对象的方法变得复杂了,如上面工厂方法中是创建一个对象Sample,如果我们还有新的产品接口Sample2.

这里假设：Sample有两个concrete类SampleA和SamleB，而Sample2也有两个concrete类Sample2A和SampleB2

那么，我们就将上例中Factory变成抽象类,将共同部分封装在抽象类中,不同部分使用子类实现，下面就是将上例中的Factory拓展成抽象工厂:

public abstract class Factory{

　　public abstract Sample creator();

　　public abstract Sample2 creator(String name);

}

public class SimpleFactory extends Factory{

　　public Sample creator(){
　　　　.........
　　　　return new SampleA
　　}

　　public Sample2 creator(String name){
　　　　.........
　　　　return new Sample2A
　　}

}

public class BombFactory extends Factory{

　　public Sample creator(){
　　　　......
　　　　return new SampleB
　　}

　　public Sample2 creator(String name){
　　　　......
　　　　return new Sample2B
　　}

}

从上面看到两个工厂各自生产出一套Sample和Sample2,也许你会疑问，为什么我不可以使用两个工厂方法来分别生产Sample和Sample2?

抽象工厂还有另外一个关键要点，是因为 SimpleFactory内，生产Sample和生产Sample2的方法之间有一定联系，所以才要将这两个方法捆绑在一个类中，这个工厂类有其本身特征，也许制造过程是统一的，比如：制造工艺比较简单，所以名称叫SimpleFactory。

在实际应用中，工厂方法用得比较多一些，而且是和动态类装入器组合在一起应用，

举例

我们以Jive的ForumFactory为例，这个例子在前面的Singleton模式中我们讨论过，现在再讨论其工厂模式:

public abstract class ForumFactory {

　　private static Object initLock = new Object();
　　private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";
　　private static ForumFactory factory = null;

　　public static ForumFactory getInstance(Authorization authorization) {
　　　　//If no valid authorization passed in, return null.
　　　　if (authorization == null) {
　　　　　　return null;
　　　　}
　　　　//以下使用了Singleton 单态模式
　　　　if (factory == null) {
　　　　　　synchronized(initLock) {
　　　　　　　　if (factory == null) {
　　　　　　　　　　　　......

　　　　　　　　　　try {
　　　　　　　　　　　　　　//动态转载类
　　　　　　　　　　　　　　Class c = Class.forName(className);
　　　　　　　　　　　　　　factory = (ForumFactory)c.newInstance();
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　catch (Exception e) {
　　　　　　　　　　　　　　return null;
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　}
　　　　　　}
　　　　}

　　　　//Now, 返回 proxy.用来限制授权对forum的访问
　　　　return new ForumFactoryProxy(authorization, factory,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　factory.getPermissions(authorization));
　　}

　　//真正创建forum的方法由继承forumfactory的子类去完成.
　　public abstract Forum createForum(String name, String description)
　　throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException;

　　....

}

因为现在的Jive是通过数据库系统存放论坛帖子等内容数据,如果希望更改为通过文件系统实现,这个工厂方法ForumFactory就提供了提供动态接口:

private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";

你可以使用自己开发的创建forum的方法代替com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory就可以.

在上面的一段代码中一共用了三种模式,除了工厂模式外,还有Singleton单态模式,以及proxy模式,proxy模式主要用来授权用户对forum的访问,因为访问forum有两种人:一个是注册用户一个是游客guest,那么那么相应的权限就不一样,而且这个权限是贯穿整个系统的,因此建立一个proxy,类似网关的概念,可以很好的达到这个效果.

看看Java宠物店中的CatalogDAOFactory:

public class CatalogDAOFactory {

　　/**

　　* 本方法制定一个特别的子类来实现DAO模式。
　　* 具体子类定义是在J2EE的部署描述器中。
　　*/

　　public static CatalogDAO getDAO() throws CatalogDAOSysException {

　　　　CatalogDAO catDao = null;

　　　　try {

　　　　　　InitialContext ic = new InitialContext();
　　　　　　//动态装入CATALOG_DAO_CLASS
　　　　　　//可以定义自己的CATALOG_DAO_CLASS，从而在无需变更太多代码
　　　　　　//的前提下，完成系统的巨大变更。

　　　　　　String className =(String) ic.lookup(JNDINames.CATALOG_DAO_CLASS);

　　　　　　catDao = (CatalogDAO) Class.forName(className).newInstance();

　　　　} catch (NamingException ne) {

　　　　　　throw new CatalogDAOSysException("
　　　　　　　　CatalogDAOFactory.getDAO: NamingException while
　　　　　　　　　　getting DAO type : \n" + ne.getMessage());

　　　　} catch (Exception se) {

　　　　　　throw new CatalogDAOSysException("
　　　　　　　　CatalogDAOFactory.getDAO: Exception while getting
　　　　　　　　　　DAO type : \n" + se.getMessage());

　　　　}

　　　　return catDao;

　　}

CatalogDAOFactory是典型的工厂方法，catDao是通过动态类装入器className获得CatalogDAOFactory具体实现子类，这个实现子类在Java宠物店是用来操作catalog数据库，用户可以根据数据库的类型不同，定制自己的具体实现子类，将自己的子类名给与CATALOG_DAO_CLASS变量就可以。

由此可见，工厂方法确实为系统结构提供了非常灵活强大的动态扩展机制，只要我们更换一下具体的工厂方法，系统其他地方无需一点变换，就有可能将系统功能进行改头换面的变化。

哼哼 2007-03-16 15:28 发表评论

设计模式之Singleton(单态)

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 06:59:00 GMT

单态定义:
Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。

在很多操作中，比如建立目录数据库连接都需要这样的单线程操作。

还有, singleton能够被状态化; 这样，多个单态类在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务，比如，你要论坛中的帖子计数器，每次浏览一次需要计数，单态类能否保持住这个计数，并且能synchronize的安全自动加1，如果你要把这个数字永久保存到数据库，你可以在不修改单态接口的情况下方便的做到。

另外方面，Singleton也能够被无状态化。提供工具性质的功能，

Singleton模式就为我们提供了这样实现的可能。使用Singleton的好处还在于可以节省内存，因为它限制了实例的个数，有利于Java垃圾回收（garbage collection）。

我们常常看到工厂模式中类装入器(class loader)中也用Singleton模式实现的,因为被装入的类实际也属于资源。

如何使用?
一般Singleton模式通常有几种形式:

public class Singleton {

　　private Singleton(){}

　　//在自己内部定义自己一个实例，是不是很奇怪？
　　//注意这是private 只供内部调用

　　private static Singleton instance = new Singleton();

　　//这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问　　
　　public static Singleton getInstance() {
　　　　return instance; 　　
　　 }
}

第二种形式:

public class Singleton {

　　private static Singleton instance = null;

　　public static synchronized Singleton getInstance() {

　　//这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次　　　　
　　//使用时生成实例！
　　if (instance==null)
　　　　instance＝new Singleton();
　　return instance; 　　}

}

使用Singleton.getInstance()可以访问单态类。

上面第二中形式是lazy initialization，也就是说第一次调用时初始Singleton，以后就不用再生成了。

注意到lazy initialization形式中的synchronized，这个synchronized很重要，如果没有synchronized，那么使用getInstance()是有可能得到多个Singleton实例。关于lazy initialization的Singleton有很多涉及double-checked locking (DCL)的讨论，有兴趣者进一步研究。

一般认为第一种形式要更加安全些。

使用Singleton注意事项：

有时在某些情况下，使用Singleton并不能达到Singleton的目的，如有多个Singleton对象同时被不同的类装入器装载；在EJB这样的分布式系统中使用也要注意这种情况，因为EJB是跨服务器，跨JVM的。

我们以SUN公司的宠物店源码(Pet Store 1.3.1)的ServiceLocator为例稍微分析一下：

在Pet Store中ServiceLocator有两种，一个是EJB目录下；一个是WEB目录下，我们检查这两个ServiceLocator会发现内容差不多，都是提供EJB的查询定位服务，可是为什么要分开呢？仔细研究对这两种ServiceLocator才发现区别：在WEB中的ServiceLocator的采取Singleton模式，ServiceLocator属于资源定位，理所当然应该使用Singleton模式。但是在EJB中，Singleton模式已经失去作用，所以ServiceLocator才分成两种，一种面向WEB服务的，一种是面向EJB服务的。

Singleton模式看起来简单，使用方法也很方便，但是真正用好，是非常不容易，需要对Java的类线程内存等概念有相当的了解。

总之：如果你的应用基于容器，那么Singleton模式少用或者不用，可以使用相关替代技术。

进一步深入可参考：

Double-checked locking and the Singleton pattern

When is a singleton not a singleton?

Singleton是邪恶的

哼哼 2007-03-16 14:59 发表评论

设计模式之Builder

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 05:52:00 GMT

Builder模式定义:
将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示.

Builder模式是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户可以只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们.用户不知道内部的具体构建细节.Builder模式是非常类似抽象工厂模式,细微的区别大概只有在反复使用中才能体会到.

为何使用?
是为了将构建复杂对象的过程和它的部件解耦.注意: 是解耦过程和部件.

因为一个复杂的对象,不但有很多大量组成部分,如汽车,有很多部件:车轮方向盘发动机还有各种小零件等等,部件很多,但远不止这些,如何将这些部件装配成一辆汽车,这个装配过程也很复杂(需要很好的组装技术),Builder模式就是为了将部件和组装过程分开.

如何使用?
首先假设一个复杂对象是由多个部件组成的,Builder模式是把复杂对象的创建和部件的创建分别开来,分别用Builder类和Director类来表示.

首先,需要一个接口,它定义如何创建复杂对象的各个部件:

public interface Builder {

　　//创建部件A　　比如创建汽车车轮
　　void buildPartA();
　　//创建部件B 比如创建汽车方向盘
　　void buildPartB();
　　//创建部件C 比如创建汽车发动机
　　void buildPartC();

　　//返回最后组装成品结果 (返回最后装配好的汽车)
　　//成品的组装过程不在这里进行,而是转移到下面的Director类中进行.
　　//从而实现了解耦过程和部件
　　Product getResult();

}

用Director构建最后的复杂对象,而在上面Builder接口中封装的是如何创建一个个部件(复杂对象是由这些部件组成的),也就是说Director的内容是如何将部件最后组装成成品:

public class Director {

　　private Builder builder;

　　public Director( Builder builder ) {
　　　　this.builder = builder;
　　}
　　// 将部件partA partB partC最后组成复杂对象
　　//这里是将车轮方向盘和发动机组装成汽车的过程
　　public void construct() {
　　　　builder.buildPartA();
　　　　builder.buildPartB();
　　　　builder.buildPartC();

　　}

Builder的具体实现ConcreteBuilder:
通过具体完成接口Builder来构建或装配产品的部件;
定义并明确它所要创建的是什么具体东西;
提供一个可以重新获取产品的接口:

public class ConcreteBuilder implements Builder {

　　Part partA, partB, partC;
　　public void buildPartA() {
　　　　//这里是具体如何构建partA的代码

　　};
　　public void buildPartB() {
　　　　//这里是具体如何构建partB的代码
　　};
　　 public void buildPartC() {
　　　　//这里是具体如何构建partB的代码
　　};
　　 public Product getResult() {
　　　　//返回最后组装成品结果
　　};

}

复杂对象:产品Product:

public interface Product { }

复杂对象的部件:

public interface Part { }

我们看看如何调用Builder模式:
ConcreteBuilder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director( builder );

director.construct(); //部件的创建
Product product = builder.getResult(); //对象（产品）的创建

Builder模式的应用
在Java实际使用中,我们经常用到"池"(Pool)的概念,当资源提供者无法提供足够的资源,并且这些资源需要被很多用户反复共享时,就需要使用池.

"池"实际是一段内存,当池中有一些复杂的资源的"断肢"(比如数据库的连接池,也许有时一个连接会中断),如果循环再利用这些"断肢",将提高内存使用效率,提高池的性能.修改Builder模式中Director类使之能诊断"断肢"断在哪个部件上,再修复这个部件.

哼哼 2007-03-16 13:52 发表评论

设计模式之Prototype(原型)

哼哼 — Fri, 16 Mar 2007 05:18:00 GMT

原型模式定义:
用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象.

Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节,工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建。

如何使用?
因为Java中的提供clone()方法来实现对象的克隆,所以Prototype模式实现一下子变得很简单.

以勺子为例：

public abstract class AbstractSpoon implements Cloneable
{
　　String spoonName;

　　public void setSpoonName(String spoonName) {this.spoonName = spoonName;}
　　public String getSpoonName() {return this.spoonName;}

　　public Object clone()
　　{
　　　　Object object = null;
　　　　try {
　　　　　　object = super.clone();
　　　　} catch (CloneNotSupportedException exception) {
　　　　　　System.err.println("AbstractSpoon is not Cloneable");
　　　　}
　　　　return object;
　　}
}

有个具体实现(ConcretePrototype):

public class SoupSpoon extends AbstractSpoon
{
　　public SoupSpoon()
　　{
　　　　setSpoonName("Soup Spoon");
　　}
}

调用Prototype模式很简单:

AbstractSpoon spoon = new SoupSpoon();
AbstractSpoon spoon2 = spoon.clone();

当然也可以结合工厂模式来创建AbstractSpoon实例。

在Java中Prototype模式变成clone()方法的使用，由于Java的纯洁的面向对象特性，使得在Java中使用设计模式变得很自然，两者已经几乎是浑然一体了。这反映在很多模式上，如Interator遍历模式。

哼哼 2007-03-16 13:18 发表评论