5 つの一般的な PHP 設計パターン

设计

设计模式只是为 Java 架构师准备的 —— 至少您可能一直这样认为。实际上，设计模式对于每个人都非常有用。如果这些工具不是 “架构太空人” 的专利，那么它们又是什么？为什么说它们在 应用程序中非常有用？本文解释了这些问题。PHP

设计模式 一书将设计模式引入软件社区，该书的作者是 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides Design（俗称 “四人帮”）。所介绍的设计模式背后的核心概念非常简单。经过多年的软件开发实践，Gamma 等人发现了某些具有固定设计的模式，就像建筑师设计房子和建筑物一样，可以为浴室的位置或厨房的构造方式开发模板。使用这些模板或者说设计模式 意味着可以更快地设计更好的建筑物。同样的概念也适用于软件。

设计模式不仅代表着更快开发健壮软件的有用方法，而且还提供了以友好的术语封装大型理念的方法。例如，您可以说您正在编写一个提供松散耦合的消息传递系统，也可以说你正在编写名称为观察者 的模式。

用较小的示例展示模式的价值是非常困难的。这往往有些大材小用的意味，因为模式实际上是在大型代码库中发挥作用的。本文不展示大型应用程序，所以您需要思索的是在您自己的大型应用程序中应用示例原理的方法 —— 而不是本文演示的代码本身。这不是说您不应该在小应用程序中使用模式。很多良好的应用程序都以小应用程序为起点，逐渐发展到大型应用程序，所以没有理由不以此类扎实的编码实践为基础。

既然您已经了解了设计模式以及它们的有用之处，现在我们来看看 PHP V5 的五种常用模式。

工厂模式

最初在设计模式 一书中，许多设计模式都鼓励使用松散耦合。要理解这个概念，让我们最好谈一下许多开发人员从事大型系统的艰苦历程。在更改一个代码片段时，就会发生问题，系统其他部分 —— 您曾认为完全不相关的部分中也有可能出现级联破坏。

该问题在于紧密耦合 。系统某个部分中的函数和类严重依赖于系统的其他部分中函数和类的行为和结构。您需要一组模式，使这些类能够相互通信，但不希望将它们紧密绑定在一起，以避免出现联锁。

在大型系统中，许多代码依赖于少数几个关键类。需要更改这些类时，可能会出现困难。例如，假设您有一个从文件读取的 User 类。您希望将其更改为从数据库读取的其他类，但是，所有的代码都引用从文件读取的原始类。这时候，使用工厂模式会很方便。

工厂模式 是一种类，它具有为您创建对象的某些方法。您可以使用工厂类创建对象，而不直接使用 new。这样，如果您想要更改所创建的对象类型，只需更改该工厂即可。使用该工厂的所有代码会自动更改。

清单 1 显示工厂类的一个示列。等式的服务器端包括两个部分：数据库和一组 PHP 页面，这些页面允许您添加反馈、请求反馈列表并获取与特定反馈相关的文章。

清单 1. Factory1.php

interface IUser
{
  function getName();
}

class User implements IUser
{
  public function __construct( $id ) { }

  public function getName()
  {
    return "Jack";
  }
}

class UserFactory
{
  public static function Create( $id )
  {
    return new User( $id );
  }
}

$uo = UserFactory::Create( 1 );
echo( $uo->getName()."\n" );
?>
 

IUser 接口定义用户对象应执行什么操作。IUser 的实现称为 User，UserFactory 工厂类则创建 IUser 对象。此关系可以用图 1 中的 UML 表示。

图 1. 工厂类及其相关 IUser 接口和用户类

如果您使用 php 解释器在命令行上运行此代码，将得到如下结果：

% php factory1.php
Jack
%
 

测试代码会向工厂请求 User 对象，并输出 getName 方法的结果。

有一种工厂模式的变体使用工厂方法。类中的这些公共静态方法构造该类型的对象。如果创建此类型的对象非常重要，此方法非常有用。例如，假设您需要先创建对象，然后设置许多属性。此版本的工厂模式会将该进程封装在单个位置中，这样，不用复制复杂的初始化代码，也不必将复制好的代码在在代码库中到处粘贴。

清单 2 显示使用工厂方法的一个示例。

清单 2. Factory2.php

interface IUser
{
  function getName();
}

class User implements IUser
{
  public static function Load( $id )
  {
        return new User( $id );
  }

  public static function Create( )
  {
        return new User( null );
  }

  public function __construct( $id ) { }

  public function getName()
  {
    return "Jack";
  }
}

$uo = User::Load( 1 );
echo( $uo->getName()."\n" );
?>
 

这段代码要简单得多。它仅有一个接口 IUser 和一个实现此接口的 User 类。User 类有两个创建对象的静态方法。此关系可用图 2 中的 UML 表示。

图 2. IUser 接口和带有工厂方法的 user 类
 
在命令行中运行脚本产生的结果与清单 1 的结果相同，如下所示：

% php factory2.php
Jack
%
 
如上所述，有时此类模式在规模较小的环境中似乎有些大材小用。不过，最好还是学习这种扎实的编码形式，以便应用于任意规模的项目中。

单元素模式

某些应用程序资源是独占的，因为有且只有一个此类型的资源。例如，通过数据库句柄到数据库的连接是独占的。您希望在应用程序中共享数据库句柄，因为在保持连接打开或关闭时，它是一种开销，在获取单个页面的过程中更是如此。

单元素模式可以满足此要求。如果应用程序每次包含且仅包含一个对象，那么这个对象就是一个单元素（Singleton）。清单 3 中的代码显示了 PHP V5 中的一个数据库连接单元素。

清单 3. Singleton.php

require_once("DB.php");

class DatabaseConnection
{
  public static function get()
  {
    static $db = null;
    if ( $db == null )
      $db = new DatabaseConnection();
    return $db;
  }

  private $_handle = null;

  private function __construct()
  {
    $dsn = 'mysql://root:password@localhost/photos';
    $this->_handle =& DB::Connect( $dsn, array() );
  }
 
  public function handle()
  {
    return $this->_handle;
  }
}

print( "Handle = ".DatabaseConnection::get()->handle()."\n" );
print( "Handle = ".DatabaseConnection::get()->handle()."\n" );
?>
 

此代码显示名为 DatabaseConnection 的单个类。您不能创建自已的 DatabaseConnection，因为构造函数是专用的。但使用静态 get 方法，您可以获得且仅获得一个 DatabaseConnection 对象。此代码的 UML 如图 3 所示。

图 3. 数据库连接单元素
 
在两次调用间，handle 方法返回的数据库句柄是相同的，这就是最好的证明。您可以在命令行中运行代码来观察这一点。

% php singleton.php
Handle = Object id #3
Handle = Object id #3
%

返回的两个句柄是同一对象。如果您在整个应用程序中使用数据库连接单元素，那么就可以在任何地方重用同一句柄。

您可以使用全局变量存储数据库句柄，但是，该方法仅适用于较小的应用程序。在较大的应用程序中，应避免使用全局变量，并使用对象和方法访问资源。

观察者模式

观察者模式为您提供了避免组件之间紧密耦合的另一种方法。该模式非常简单：一个对象通过添加一个方法（该方法允许另一个对象，即观察者 注册自己）使本身变得可观察。当可观察的对象更改时，它会将消息发送到已注册的观察者。这些观察者使用该信息执行的操作与可观察的对象无关。结果是对象可以相互对话，而不必了解原因。

一个简单示例是系统中的用户列表。清单 4 中的代码显示一个用户列表，添加用户时，它将发送出一条消息。添加用户时，通过发送消息的日志观察者可以观察此列表。

清单 4. Observer.php

interface IObserver
{
  function onChanged( $sender, $args );
}

interface IObservable
{
  function addObserver( $observer );
}

class UserList implements IObservable
{
  private $_observers = array();

  public function addCustomer( $name )
  {
    foreach( $this->_observers as $obs )
      $obs->onChanged( $this, $name );
  }

  public function addObserver( $observer )
  {
    $this->_observers []= $observer;
  }
}

class UserListLogger implements IObserver
{
  public function onChanged( $sender, $args )
  {
    echo( "'$args' added to user list\n" );
  }
}

$ul = new UserList();
$ul->addObserver( new UserListLogger() );
$ul->addCustomer( "Jack" );
?>
 

此代码定义四个元素：两个接口和两个类。IObservable 接口定义可以被观察的对象，UserList 实现该接口，以便将本身注册为可观察。IObserver 列表定义要通过怎样的方法才能成为观察者，UserListLogger 实现 IObserver 接口。图 4 的 UML 中展示了这些元素。

图 4. 可观察的用户列表和用户列表事件日志程序
 

如果在命令行中运行它，您将看到以下输出：

% php observer.php
'Jack' added to user list
%
 

测试代码创建 UserList，并将 UserListLogger 观察者添加到其中。然后添加一个消费者，并将这一更改通知 UserListLogger。

认识到 UserList 不知道日志程序将执行什么操作很关键。可能存在一个或多个执行其他操作的侦听程序。例如，您可能有一个向新用户发送消息的观察者，欢迎新用户使用该系统。这种方法的价值在于 UserList 忽略所有依赖它的对象，它主要关注在列表更改时维护用户列表并发送消息这一工作。

此模式不限于内存中的对象。它是在较大的应用程序中使用的数据库驱动的消息查询系统的基础。

命令链模式

命令链 模式以松散耦合主题为基础，发送消息、命令和请求，或通过一组处理程序发送任意内容。每个处理程序都会自行判断自己能否处理请求。如果可以，该请求被处理，进程停止。您可以为系统添加或移除处理程序，而不影响其他处理程序。清单 5 显示了此模式的一个示例。

清单 5. Chain.php

interface ICommand
{
  function onCommand( $name, $args );
}

class CommandChain
{
  private $_commands = array();

  public function addCommand( $cmd )
  {
    $this->_commands []= $cmd;
  }

  public function runCommand( $name, $args )
  {
    foreach( $this->_commands as $cmd )
    {
      if ( $cmd->onCommand( $name, $args ) )
        return;
    }
  }
}

class UserCommand implements ICommand
{
  public function onCommand( $name, $args )
  {
    if ( $name != 'addUser' ) return false;
    echo( "UserCommand handling 'addUser'\n" );
    return true;
  }
}

class MailCommand implements ICommand
{
  public function onCommand( $name, $args )
  {
    if ( $name != 'mail' ) return false;
    echo( "MailCommand handling 'mail'\n" );
    return true;
  }
}

$cc = new CommandChain();
$cc->addCommand( new UserCommand() );
$cc->addCommand( new MailCommand() );
$cc->runCommand( 'addUser', null );
$cc->runCommand( 'mail', null );
?>
 

此代码定义维护 ICommand 对象列表的 CommandChain 类。两个类都可以实现 ICommand 接口 —— 一个对邮件的请求作出响应，另一个对添加用户作出响应。 图 5 给出了 UML。

图 5. 命令链及其相关命令

如果您运行包含某些测试代码的脚本，则会得到以下输出：

% phpchain.php
UserCommandHandling 'addUser'
MailCommandHandling'mail'
%

このコードは、まず CommandChain オブジェクトを作成し、それにコマンド オブジェクトの 2 つのインスタンスを追加します。次に、2 つのコマンドを実行して、誰がコマンドに応答したかを確認します。コマンドの名前が UserCommand または MailCommand と一致する場合、コードは失敗し、アクションは発生しません。

コマンド チェーン パターンは、リクエストを処理するためのスケーラブルなアーキテクチャを作成するときに貴重であり、これを使用すると多くの問題を解決できます。

戦略パターン

最後に説明した設計パターンは、戦略パターンです。このパターンでは、アルゴリズムが複雑なクラスから抽出されるため、簡単に置き換えることができます。たとえば、検索エンジンでのページのランク付け方法を変更したい場合は、戦略モードが適しています。検索エンジンの各部分、つまりページを横断する部分、各ページをランク付けする部分、およびランキングに基づいて結果を並べ替える部分について考えてみましょう。複雑な例では、これらのパーツはすべて同じクラスに属します。 Strategy パターンを使用すると、配置部分を別のクラスに配置して、検索エンジンのコードの残りの部分に影響を与えることなく、ページの配置方法を変更できます。

より簡単な例として、リスト 6 は、一連のプラグアンドプレイ ポリシーに基づいて一連のユーザーを検索する方法を提供するユーザー リスト クラスを示しています。

リスト6.Strategy.php

＆lt;？php
interfaceistrategy
{
function filter（$ record）;
}

classfindafterstrategyIntrategy
{
private $ _name; ( $name )

{

$this->_name = $name;
}

public function filter( $record )

{

return strcmp( $this->_name, $record ) }
}

class RandomStrategy は IStrategy を実装します

{

public function filter( $record )
{
return rand( 0, 1 ) >= 0.5;
}
}

class UserList

{

private $_list = array ();

public function __construct( $names )

{

if ( $names != null )
{
foreach( $names as $name )
{
$this->_list []= $name;
}
}
}

public function add( $name )

{

$this->_list []= $name;
}

public function find( $filter )

{

$recs = array();
foreach( $this->_list as $user )
{
if ( $filter->filter( $user ) )
$recs []= $user;
}
return $recs;
}
}

$ul = new UserList( array( "Andy", "Jack", "Lori", "Megan" ) );

$f1 = $ul->find( new FindAfterStrategy( "J" ) );

print_r( $f1 );

$f2 = $ul->find( new RandomStrategy() );

print_r( $f2 );

?>

図 6. ユーザーの選択に使用されるユーザー リストと戦略

UserList クラスは、名前の配列のラッパーです。これは、いくつかの戦略の 1 つを利用してこれらの名前のサブセットを選択する find メソッドを実装します。これらの戦略は、IStrategy インターフェイスによって定義されます。このインターフェイスには、ユーザーをランダムに選択する実装と、指定された名前以降のすべての名前を選択する実装の 2 つがあります。テスト コードを実行すると、次の出力が得られます:

% php Strategy.php

Array

(
[0] => Jack
[1] => Lori
[2] => Megan
)
Array
(
[0] => Andy
[1] => Megan
)
%


テスト コードは、両方の戦略に対して同じユーザー リストを実行し、結果を表示します。最初のケースでは、戦略は J の後に来る名前を検索するため、Jack、Lori、Megan が得られます。 2 番目の戦略では、名前がランダムに選択され、毎回異なる結果が生成されます。この場合、結果はアンディとミーガンです。

戦略パターンは、データのフィルタリング、検索、または処理の方法で高い柔軟性を必要とする複雑なデータ管理システムまたはデータ処理システムに非常に適しています。

結論

この記事では、PHP アプリケーションで使用される最も一般的なデザイン パターンのほんの一部を紹介します。より多くのデザイン パターンについては、『デザイン パターン』という書籍で説明されています。建築の神秘性にがっかりしないでください。パターンは、どのようなプログラミング言語でも、どのようなスキル レベルでも機能する素晴らしいアイデアです。