Java デザインパターンの戦略パターンの詳細な紹介

1984 年に、私は機械工学の学位を取得して大学を卒業し、ソフトウェア エンジニアとしてキャリアをスタートしました。独学でC言語を学んだ後、1​​985年にUnix用の5万行のグラフィカル・ユーザー・インターフェース(GUI)の開発に従事。プロセス全体がとてもリラックスできて楽しかったです。

1985 年の終わりに、私のコーディング作業は完了し、その後、他のプロジェクトを開始することを考えました。または、新しいプロジェクトを開始できると考えました。しかしすぐに、一連のバグレポートや新しい追加のリクエストを受け取り、私はこれらの50,000行のコードを読んでエラーを修正するために懸命に働き始めました。この仕事はとても難しいです。

プログラム全体は、ほぼ毎日倒れるカードで作られた本物の家に似ています。プログラムの安定性を回復するには、ほんの小さな変更でも何時間もかかります。

おそらく私は、ソフトウェア エンジニアリングの重要な原則を偶然発見したのかもしれません。それは、開発段階ではリラックスして幸せであり、プロジェクトがデプロイされた後に次の仕事を見つけることです。しかし、実際のところ、私の困難は、オブジェクト指向 (OO) ソフトウェア開発の基本原則である カプセル化 についての無知に起因しています。私のプログラムは、さまざまな状況でさまざまな関数を呼び出す switch ステートメントの大規模なコレクションです。これにより、コードの密結合が生じ、ソフトウェア全体が変更に適応することが困難になります。

Java の場合デザイン パターン この記事では、おそらく最も基本的なデザイン パターンであるストラテジー パターンについて説明します。 1984 年に戦略パターンについて知っていたら、この作業の多くは避けられたでしょう。

戦略パターン

GOF のデザイン パターン本の最初の章で、著者は、多くのデザイン パターンの中核を含む、いくつかの OO デザイン原則について説明します。戦略パターンは、変更のカプセル化と実装をプログラミングするのではなくインターフェースをプログラミングするという 2 つの原則を具体化しています。 デザイン パターン の作成者は、ストラテジー パターンを次のように定義しています。

アルゴリズムのファミリーを定義し、それぞれをカプセル化して、それらを交換可能にします。 [ザ] ストラテジー [パターン] では、アルゴリズムを使用するクライアントから独立して変更できます。 (戦略パターンは、一連のアルゴリズムを定義し、各アルゴリズムをカプセル化し、それらを交換可能にします。戦略パターンにより、アルゴリズムを使用するクライアントとは独立して変更できます。)

戦略パターンは、ソフトウェア全体を相互運用可能に構築します。単一の密結合システムではなく、疎結合された部品の集合。疎結合ソフトウェアは、拡張性が高く、保守が容易で、再利用可能です。

戦略パターンを理解するために、まず Swing が戦略パターンを使用してコンポーネントの周囲に境界線を描く方法を見ていきます。次に、Swing でストラテジー パターンを使用する利点について説明し、最後にソフトウェアにストラテジー パターンを実装する方法について説明します。

Swing 境界線

パネル、

ボタン

、リストなどを含む、ほぼすべての Swing コンポーネントで境界線を描画できます。 Swing では、コンポーネントに対してさまざまな境界線タイプも提供しています。ベベル (ベベル境界線)、エッチング (エンボス境界線)、ライン (線境界線)、タイトル (タイトル境界線)、複合 (複合境界線) などです。 Swing コンポーネントの境界線は、JComponent クラスを使用して描画されます。このクラスは、すべての Swing コンポーネントの基本クラスであり、すべての Swing コンポーネントの共通機能を実装します。 JComponent は、コンポーネントの周囲に境界線を描画するために使用される paintBorder() を実装します。 Swing の作成者が例 1 と同様のメソッドを使用して paintBorder() を実装した場合: JComponent类绘制，它是所有Swing组件的基类，实现了所有Swing组件的常用功能。

JComponent实现了paintBorder()，该方法用来绘制组件周围的边框。假如Swing的创建者使用类似示例1的方法实现paintBorder():

// A hypothetical JComponent.paintBorder method
protected void paintBorder(Graphics g) {
   switch(getBorderType()) {
      case LINE_BORDER:   paintLineBorder(g);
                          break;
      case ETCHED_BORDER: paintEtchedBorder(g);
                          break;
      case TITLED_BORDER: paintTitledBorder(g);
                          break;
      ...
   }
}

示例1 绘制Swing边框的错误方式

示例1中JComponent.paintBorder()方法在JComponent硬编码了边框的绘制。

如果你想实现一种新的边框类型，可以想见这样的结果——需要修改JComponent类的至少三个地方：首先，添加与新边框类型相关的新的整数值。第二，switch语句中添加case语句。第三，实现paintXXXBorder()方法，XXX表示边框类型。

很显然，扩展前面的paintBorder()吃力不讨好。你会发现不仅paintBorder()很难扩展新类型，而且JComponent类不是你首先要修改的位置，它是Swing工具包的一部分，这意味着你将不得不重新编译类和重建全部工具包。你也必须要求你的用户使用你自己的Swing版本而不是标准版，Swing下一次发布后这些工作依然要做。此外，因为你为JComponent类添加了新的边框绘制功能，无论你是否喜欢每个Swing组件都可以访问该功能的现状——你不能把你的新边框限制到具体的组件类型。

可见，如果JComponent

// The actual implementation of the JComponent.paintBorder() method
protected void paintBorder(Graphics g) {
   Border border = getBorder();
   if (border != null) {
      border.paintBorder(this, g, 0, 0, getWidth(), getHeight());
   }
}

例 1 Swing の境界線を描画する間違った方法

JComponent.paintBorder()例 1 >このメソッドは、JComponent で境界線の描画をハードコーディングします。 🎜🎜 新しい境界線タイプを実装したい場合は、結果を想像してみてください。JComponent クラスの少なくとも 3 か所を変更する必要があります。 まず、新しい境界線に関連する新しい 整数 🎜 値を入力します。次に、switch ステートメントに case ステートメントを追加します。 3 番目に、paintXXXBorder() メソッドを実装します。XXX は境界線のタイプを表します。 🎜🎜明らかに、以前の paintBorder() を拡張するのは無駄です。 paintBorder() を新しい型で拡張するのが難しいだけでなく、JComponent クラスは最初に変更する場所ではなく、 Swing ツールキット。つまり、クラスを再コンパイルし、ツールキット全体を再構築する必要があります。また、標準バージョンではなく独自のバージョンの Swing を使用するようにユーザーに要求する必要があります。この作業は、Swing の次のリリース後にも実行する必要があります。さらに、新しい境界線描画機能を JComponent クラスに追加したため、その機能にアクセスできるすべての Swing コンポーネントの現状を好むかどうかに関係なく、新しい境界線を特定のものに制限することはできません。コンポーネントのタイプ。 🎜🎜JComponent クラス 🎜 がその関数を実装するために例 🎜1 の switch ステートメントを使用する場合、Swing コンポーネントを拡張できないことがわかります。 🎜

那么运用OO思想如何实现呢？使用策略模式解耦JComponent与边框绘制的代码，这样无需修改JComponent类就实现了边框绘制算法的多样性。使用策略模式封装变化，即绘制边框方法的变化，以及对接口编程而不是对实现编程，提供一个Border接口。接下来就看看JComponent如何使用策略模式绘制边框。示例2为JComponent.paintBorder()方法：

// The actual implementation of the JComponent.paintBorder() method
protected void paintBorder(Graphics g) {
   Border border = getBorder();
   if (border != null) {
      border.paintBorder(this, g, 0, 0, getWidth(), getHeight());
   }
}

示例2 绘制Swing边框的正确方式

前面的paintBorder()方法绘制了有边框物体的边框。在这种情况下，边框对象封装了边框绘制算法，而不是JComponent类。

注意JComponent把自身的引用传递给Border.paintBorder(),这样边框对象就可以从组件获取信息，这种方式通常称为委托。通过传递自身的引用，一个对象将功能委托给另一对象。

JComponent类引用了边框对象，作为JComponent.getBorder()方法的返回值，示例3为相关的setter方法。

...
private Border border;
...
public void setBorder(Border border) {
   Border oldBorder = this.border;
   this.border = border;
   firePropertyChange("border", oldBorder, border);
   if (border != oldBorder) {
      if (border == null || oldBorder == null || !(border.getBorderInsets(this).
                                    equals(oldBorder.getBorderInsets(this)))) {
         revalidate();
      }       
      repaint();
   }
}
...
public Border getBorder() {
   return border;
}

示例3 Swing组件边框的setter和getter方法

使用JComponent.setBorder()设置组件的边框时，JComponent类触发属性改变事件，如果新的边框与旧边框不同，组件重新绘制。getBorder()方法简单返回Border引用。

图1为边框和JComponent类之间关系的类图。

图1 Swing边框

JComponent类包含Border对象的私有引用。注意由于Border是接口不是类，Swing组件可以拥有任意类型的实现了Border接口的边框(这就是对接口编程而不是对实现编程的含义)。

我们已经知道了JComponent是如何通过策略模式实现边框绘制的，下面创建一种新边框类型来测试一下它的可扩展性。

创建新的边框类型

图2 新边框类型

图2显示了具有三个面板的Swing应用。每个面板设置自定义的边框，每个边框对应一个HandleBorder实例。绘图程序通常使用handleBorder对象来移动对象和改变对象大小。

示例4为HandleBorder类：

import java.awt.*;
import javax.swing.*;
import javax.swing.border.*;
public class HandleBorder extends AbstractBorder {
   protected Color lineColor;
   protected int thick;
   public HandleBorder() {
      this(Color.black, 6);
   }
   public HandleBorder(Color lineColor, int thick) {
      this.lineColor = lineColor;
      this.thick = thick;
   }
   public void paintBorder(Component component, 
                                  Graphics g, int x, int y, int w, int h) {
      Graphics copy = g.create();
      if(copy != null) {
         try {
            copy.translate(x,y);
            paintRectangle(component,copy,w,h);
            paintHandles(component,copy,w,h);
         }
         finally {
            copy.dispose();
         }
      }
   }
   public Insets getBorderInsets() {
      return new Insets(thick,thick,thick,thick);
   }
   protected void paintRectangle(Component c, Graphics g,
                           int w, int h) {
      g.setColor(lineColor);
      g.drawRect(thick/2,thick/2,w-thick-1,h-thick-1);
   }
   protected void paintHandles(Component c, Graphics g,
                           int w, int h) {
      g.setColor(lineColor);
      g.fillRect(0,0,thick,thick); // upper left
      g.fillRect(w-thick,0,thick,thick); // upper right
      g.fillRect(0,h-thick,thick,thick); // lower left
      g.fillRect(w-thick,h-thick,thick,thick); // lower right
      g.fillRect(w/2-thick/2,0,thick,thick); // mid top
      g.fillRect(0,h/2-thick/2,thick,thick); // mid left
      g.fillRect(w/2-thick/2,h-thick,thick,thick); // mid bottom
      g.fillRect(w-thick,h/2-thick/2,thick,thick); // mid right
   }   
}

示例4 HandleBorder类

HandleBorder类继承自javax.swing.border.AbstractBorder，覆盖paintBorder()和getBorderInsets()方法。尽管HandleBorder的实现不太重要，但是我们可以容易地创建新边框类型，因为Swing使用了策略模式绘制组件边框。

示例5为Swing应用。

import javax.swing.*;
import javax.swing.border.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
public class Test extends JFrame {
   public static void main(String[] args) {
      JFrame frame = new Test();
      frame.setBounds(100, 100, 500, 200);
      frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.DISPOSE_ON_CLOSE);
      frame.show();
   }
   public Test() {
      super("Creating a New Border Type");
      Container contentPane = getContentPane();
      JPanel[] panels = { new JPanel(), 
                     new JPanel(), new JPanel() };
      Border[] borders = { new HandleBorder(),
                     new HandleBorder(Color.red, 8),
                     new HandleBorder(Color.blue, 10) };
      contentPane.setLayout(
               new FlowLayout(FlowLayout.CENTER,20,20));
      for(int i=0; i < panels.length; ++i) {
         panels[i].setPreferredSize(new Dimension(100,100));
         panels[i].setBorder(borders[i]);
         contentPane.add(panels[i]);
      }
   }
}

示例5 使用handleBorder

前面的应用创建了三个面板(javax.swing.JPanel实例)和三个边框(HandleBorder实例)。注意通过调用JComponent.setBorder()可以为面板简单设置具体的边框。

回想一下示例2，当JComponent调用Border.paintBorder()时，组件引用传递给组件的边框——一种委托方式。正如我前面提到的，开发人员经常将策略模式与委托共同使用。该HandleBorder类未使用组件引用，但是其他边框会用到引用从组件获取信息。比如示例6为这种类型边框javax.swing.border.EtchedBorder的paintBorder()方法：

// The following listing is from
// javax.swing.border.EtchedBorder
public void paintBorder(Component component, Graphics g, int x, int y, 
                         int width, int height) {
   int w = width;
   int h = height;

   g.translate(x, y);

   g.setColor(etchType == LOWERED? getShadowColor(component) : getHighlightColor(component));
   g.drawRect(0, 0, w-2, h-2);

   g.setColor(etchType == LOWERED? getHighlightColor(component) : getShadowColor(component));
   g.drawLine(1, h-3, 1, 1);
   g.drawLine(1, 1, w-3, 1);

   g.drawLine(0, h-1, w-1, h-1);
   g.drawLine(w-1, h-1, w-1, 0);

   g.translate(-x, -y);
}

示例6 从组件获取信息的Swing边框

javax.swing.border.EtchedBorder.paintBorder()方法使用它的组件引用获取组件的阴影和高亮颜色信息。

实现策略模式

策略模式相对比较简单，在软件中容易实现：

1. 为你的策略对象定义Strategy接口

2. 编写ConcreteStrategy类实现Strategy接口

3. 在你的Context类中，保持对“`Strategy“对象的私有引用。

4. 在你的Context类中，实现Strategy对象的settter和getter方法。

Strategy接口定义了Strategy对象的行为；比如Swing边框的Strategy接口为javax.swing.Border接口。

具体的ConcreteStrategy类实现了Strategy接口；比如，Swing边框的LineBorder和EtchedBorder类为ConcreteStrategy类。Context类使用Strategy对象；比如JComponent类为Context对象。

你也可以检查一下你现有的类，看看它们是否是紧耦合的，这时可以考虑使用策略对象。通常情况下，这些包括switch语句的需要改进的地方与我在文章开头讨论的非常相似。

作业

一些Swing组件的渲染和编辑条件比其他的更加复杂。讨论如何在列表类(javax.swing.JList)使用策略模式渲染列表项。

上一次的作业

上一次的作业要求重新实现TableBubbleSortDecorator。在“装饰你的代码”一文首先讨论了JDK内建的对代理模式的支持。

简单来说，我创建了抽象类Decorator实现java.lang.reflect.InvocationHandler接口。Decorator类引用了装饰对象(或者说代理模式中的真实对象)。示例1H为Decorator类。

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
public abstract class Decorator implements InvocationHandler {
   // The InvocationHandler interface defines one method:
   // invoke(Object proxy, Method method, Object[] args). That
   // method must be implemented by concrete (meaning not 
   // abstract) extensions of this class.
   private Object decorated;
   protected Decorator(Object decorated) {
      this.decorated = decorated;
   }
   protected synchronized Object getDecorated() {
      return decorated;
   }
   protected synchronized void setDecorated(Object decorated) {
      this.decorated = decorated;
   }
}

示例1H 抽象装饰器类

尽管Decorator类实现了InvocationHandler接口，但是它没有实现该接口的唯一方法invoke(Object proxy, Method method, Object[] methodArguments)。因为Decorator类是抽象的，Decorator的扩展是具体类的话必须实现invoke()方法。

Decorator类是所有装饰器的基类。示例2H为Decorator类的扩展，具体的表排序装饰器。注意TableSortDecorator没有实现invoke()方法，它是抽象的。

import javax.swing.table.TableModel;
import javax.swing.event.TableModelListener;
public abstract class TableSortDecorator 
                                 extends Decorator 
                                 implements TableModelListener {
   // Concrete extensions of this class must implement 
   // tableChanged from TableModelListener
   abstract public void sort(int column);
   public TableSortDecorator(TableModel realModel) {
      super(realModel);
   }
}

示例2H 修正的TableSortDecorator

现在可以使用JDK内建的对代理模式的支持实现TableBubbleSortDecorator：

import java.lang.reflect.Method;
import javax.swing.table.TableModel;
import javax.swing.event.TableModelEvent;
public class TableBubbleSortDecorator extends TableSortDecorator {
   private int indexes[];
   private static String GET_VALUE_AT = "getValueAt";
   private static String SET_VALUE_AT = "setValueAt";
   public TableBubbleSortDecorator(TableModel model) {
      super(model);
      allocate();
   }
   // tableChanged is defined in TableModelListener, which
   // is implemented by TableSortDecorator.
   public void tableChanged(TableModelEvent e) {
      allocate();   
   }
   // invoke() is defined by the java.lang.reflect.InvocationHandler
   // interface; that interface is implemented by the 
   // (abstract) Decorator class. Decorator is the superclass
   // of TableSortDecorator.
   public Object invoke(Object proxy, Method method, 
                                         Object[] args) {
      Object result = null;
      TableModel model = (TableModel)getDecorated();
      if(GET_VALUE_AT.equals(method.getName())) {
         Integer row = (Integer)args[0], 
                 col = (Integer)args[1];
         result = model.getValueAt(indexes[row.intValue()], 
                                           col.intValue());
      }
      else if(SET_VALUE_AT.equals(method.getName())) {
         Integer row = (Integer)args[1],
                 col = (Integer)args[2];
         model.setValueAt(args[0], indexes[row.intValue()],
                                   col.intValue());
      }
      else {
         try {
            result = method.invoke(model, args);
         }
         catch(Exception ex) {
            ex.printStackTrace(System.err);
         }
      }
      return result;
   }
   // The following methods perform the bubble sort ...
   public void sort(int column) {
      TableModel model = (TableModel)getDecorated();
      int rowCount = model.getRowCount();
      for(int i=0; i < rowCount; i++) {
         for(int j = i+1; j < rowCount; j++) {
            if(compare(indexes[i], indexes[j], column) < 0) {
               swap(i,j);
            }
         }
      }
   }
   private void swap(int i, int j) {
      int tmp = indexes[i];
      indexes[i] = indexes[j];
      indexes[j] = tmp;
   }
   private int compare(int i, int j, int column) {
      TableModel realModel = (TableModel)getDecorated();
      Object io = realModel.getValueAt(i,column);
      Object jo = realModel.getValueAt(j,column);
      int c = jo.toString().compareTo(io.toString());
      return (c < 0) ? -1 : ((c > 0) ? 1 : 0);
   }
   private void allocate() {
      indexes = new int[((TableModel)getDecorated()).
                          getRowCount()];
      for(int i=0; i < indexes.length; ++i) {
         indexes[i] = i;         
      }
   }
}

示例3H 修正的TableBubbleSortDecorator

使用JDK内建的对代理模式的支持和设计良好的基类，通过继承Decorator及实现invoke()方法很容易实现装饰器。

邮件

给我的一封邮件里这样写到：

根据我在树上选择的节点工具栏要显示特定的按钮。我创建了工具栏装饰器，它的构造函数参数为JToolBar工具栏。装饰器包含一个showButtonForNode()方法根据节点改变按钮。我调用在树的选择监听器的valueChanged()方法中调用showButtonForNode()方法。
这样使用装饰器模式正确吗？

很多设计模式可以达到功能扩展的目的；比如在Java设计模式中，你已经知道如何使用代理模式，装饰器模式和策略模式来扩展功能。由于他们都可以实现相同的目标(功能扩展)，在具体情况下使用哪个模式就很难判断。

装饰器模式的主要解决问题的点在于：在运行时结合多种行为；比如理解代理设计模式一文的“上一次得作业”部分，我展示了Swing表格排序和过滤相结合的方法。

TableSortDecorator sortDecorator = new TableBubbleSortDecorator(table.getModel());
TableFilterDecorator filterDecorator = new TableHighPriceFilter(sortDecorator);
table.setModel(filterDecorator);

前面的代码中，过滤装饰器装饰了排序装饰器，排序装饰器装饰了表格模型；结果表格模型可以排序和过滤数据。

对于邮件中的问题，使用工具栏按钮与其他行为组合不太合适，所以装饰器模式可能不合适。这种情况代理模式看来更好，在编译阶段而不是运行时就可以获取代理和真实对象的关系，从而扩展功能。

以上がJava デザインパターンの戦略パターンの詳細な紹介の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。