初探设计模式：观察者与策略模式解析

设计模式是软件工程中一种非常重要的编程范式，它提供了在特定情况下如何解决问题的最佳实践。观察者模式（Observer Pattern）和策略模式（Strategy Pattern）是其中较为常见的两种行为型模式。通过这两个模式的具体例子，我们可以更好地理解它们的定义、使用场景、优缺点以及在实际开发中的应用。 首先我们来探讨观察者模式。观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听一个主题对象，当主题对象的状态发生变化时，所有依赖于它的观察者都会收到通知并自动更新。这种模式特别适用于事件处理系统、消息系统和发布-订阅系统。 观察者模式通常包含如下角色： 1. 主题（Subject）：提供注册和移除观察者的接口，维护观察者列表，并在状态改变时通知所有观察者。 2. 观察者（Observer）：定义了更新接口，使得在主题状态改变时能够收到通知。 3. 具体主题（ConcreteSubject）：实现主题接口，存储有关状态，状态改变时通知所有已注册的观察者。 4. 具体观察者（ConcreteObserver）：实现观察者接口以保持对主题状态的引用。 假设我们正在开发一个天气预报系统，我们想要当天气变化时，自动更新在界面上显示的温度和湿度信息，同时也要更新存储在数据库中的天气数据。这时，我们可以使用观察者模式： ```java // 主题接口 public interface Subject { void registerObserver(Observer o); void removeObserver(Observer o); void notifyObservers(); } // 观察者接口 public interface Observer { void update(float temp, float humidity); } // 具体主题 public class WeatherData implements Subject { private List<Observer> observers; private float temperature; private float humidity; public WeatherData() { observers = new ArrayList<>(); } public void setMeasurements(float temperature, float humidity) { this.temperature = temperature; this.humidity = humidity; notifyObservers(); } @Override public void registerObserver(Observer o) { observers.add(o); } @Override public void removeObserver(Observer o) { int i = observers.indexOf(o); if (i >= 0) { observers.remove(i); } } @Override public void notifyObservers() { for (Observer o : observers) { o.update(temperature, humidity); } } } // 具体观察者 public class CurrentConditionsDisplay implements Observer { private float temperature; private float humidity; private Subject weatherData; public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) { this.weatherData = weatherData; weatherData.registerObserver(this); } @Override public void update(float temp, float humidity) { this.temperature = temp; this.humidity = humidity; display(); } public void display() { System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity"); } } ``` 接下来，我们来探讨策略模式。策略模式定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以相互替换，并且算法的变化不会影响到使用算法的客户。策略模式是一种行为型设计模式，通常适用于一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类内是可以互换的。 策略模式通常包含如下角色： 1. 上下文（Context）：持有一个策略接口的引用，最终使用策略对象来执行策略的方法。 2. 策略（Strategy）：定义了算法的行为，它通常由上下文调用，并由具体策略实现。 3. 具体策略（ConcreteStrategy）：实现策略接口，提供具体的算法实现。 举个例子，假设我们正在开发一个支付系统，这个系统需要支持多种支付方式（如信用卡支付、支付宝支付等）。为了实现不同支付方式的灵活切换，我们可以使用策略模式。 ```java // 策略接口 public interface PaymentStrategy { void pay(int amount); } // 具体策略 public class CreditCardStrategy implements PaymentStrategy { private String name; private String cardNumber; private String cvv; private String dateOfExpiry; public CreditCardStrategy(String nm, String ccNum, String cvv, String expiryDate) { this.name = nm; this.cardNumber = ccNum; this.cvv = cvv; this.dateOfExpiry = expiryDate; } @Override public void pay(int amount) { System.out.println(amount + " paid with credit/debit card"); } } public class PayPalStrategy implements PaymentStrategy { private String emailId; private String password; public PayPalStrategy(String email, String pwd) { this.emailId = email; this.password = pwd; } @Override public void pay(int amount) { System.out.println(amount + " paid using Paypal."); } } // 上下文 public class ShoppingCart { // List of items in cart. private List<Item> items; public ShoppingCart() { this.items = new ArrayList<>(); } public void addItem(Item item) { this.items.add(item); } public void removeItem(Item item) { this.items.remove(item); } public int calculateTotal() { int sum = 0; for (Item item : items) { sum += item.getPrice(); } return sum; } public void checkout(PaymentStrategy paymentMethod) { int amount = calculateTotal(); paymentMethod.pay(amount); } } // 使用策略模式的示例 public class StrategyPatternDemo { public static void main(String[] args) { Item item1 = new Item("1234", 10); Item item2 = new Item("5678", 40); ShoppingCart cart = new ShoppingCart(); cart.addItem(item1); cart.addItem(item2); // 支付方式: 信用卡 cart.checkout(new CreditCardStrategy("Pankaj", "1234567890123456", "786", "12/15")); // 支付方式: PayPal cart.checkout(new PayPalStrategy("[email protected]", "mypassword")); } } ``` 以上代码展示了如何通过支付策略接口，灵活地切换不同的支付方式。这是策略模式的一个典型应用场景。 总结来看，观察者模式和策略模式都属于行为型设计模式，它们在软件设计中广泛用于解决特定问题，提供了一种设计思路来实现系统组件间的松耦合和更好的灵活性。观察者模式常用于实现响应式编程、事件驱动系统，而策略模式则适用于算法的选择和多态算法实现。正确地理解和应用这些模式，将有助于我们编写出更易于维护和扩展的代码。