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Design Pattern Practice
1．序
本文從一個簡單的多列排序的例子入手，由淺入深地講解Design Pattern（設計模式）的目的、分析和實踐。
文中的例子用到Compositor Pattern和Decorator Pattern。
同時，文中的例子也提供了一類問題（條件組合問題）的解決方案。
2．問題的引入
Design Pattern（設計模式）的目標是，把共通問題中的不變部分和變化部分分離出來。不變的部分，就構成了Design Pattern（設計模式）。這一點和Framework（框架）有些象。
下面舉個排序的例子，說明如何抽取問題中的不變部分。
假設一個Java類Record有field1，field2，field3等字段。
java代碼:?
  public?class?Record {?
 ????????public?int?field1;?
????????public?long?field2;?
????????public?double?filed3;?
 };?
我們還有一個Record對象的數組Record[] records。我們需要對這個數組按照不同的條件排序。
首先，按照field1的大小從小到大進行升序排序。
排序函數如下：
java代碼:?
void?sort(Record[]?records){?
  ????????for(int?i?=….){?
????????????????for(int?j=….){?
????????????????????????if(records.field1?>?records[j].field1)?
????????????????????????????????//?swap?records?and?records[j]?
 ????????????????}?
????????}?
}?
其次，按照field2的大小從小到大進行升序排序。
java代碼:?
void?sort(Record[]?records){?
????????for(int?i?=….){?
????????????????for(int?j=….){?
????????????????????????if(records.field2?>?records[j].field2)?
????????????????????????????????//?swap?records?and?records[j]?
????????????????}?
????????}?
}?
再次，按照field3的大小從小到大進行升序排序。
這種要求太多了，我們寫了太多的重復代碼。我們可以看到，問題的變化部分，只有判斷條件部分（黑體的if條件判斷語句）。
我們可以引入一個Comparator接口，把這個變化的部分抽取出來。
java代碼:?
public?interface?Comparator(){?
????????public?boolean?greaterThan(Record?a,?Record?b);?
};?
 sort函數就可以這樣寫（把判斷條件作為參數）：?
void?sort(Record[]?records,?Comparator?compare){?
????????for(int?i?=….){?
????????????????for(int?j=….){?
????????????????????????if(compare.greaterThen(records,?records[j]))?
????????????????????????????????//?swap?records?and?records[j]?
????????????????}?
????????}?
}?
這樣，對應第一個要求——對records數組按照field1的大小排序。
我們可以做一個實現Comparator接口的CompareByField1類。
java代碼:?
public?class?CompareByField1?implements?Comparator{?
public?boolean?greaterThan(Record?a,?Record?b){?
????????if(a.filed1?>?b.filed1){?
????????????????return?ture;?
????????}?
????????return?false;?
}?
}?
sort函數的調用為：sort(records, new CompareByField1());
這樣，對應第一個要求——對records數組按照field2的大小排序。
我們可以做一個實現Comparator接口的CompareByField2類。
java代碼:?
public?class?CompareByField2?implements?Comparator{?
public?boolean?greaterThan(Record?a,?Record?b){?
????????if(a.filed2?>?b.filed2){?
????????????????return?ture;?
????????}?
????????return?false;?
}?
}?
sort函數的調用為：sort(records, new CompareByField2());
按照C++ STL的叫法，這里的sort稱為算法（Algorithm），records稱為容器（集合），Comparator稱為函數對象（Function Object）。
JDK的java.util.Collections類的sort方法和java.util.Comparator接口就是按照這樣的思路設計的。下面我們來看看如何應用sort和Comparator解決多列排序問題。
3．多列排序問題
3.1排序條件的數量
我們知道，SQL語句能夠實現強大的排序功能，能夠按照不同字段的排列進行排序，也能夠按照升序，降序排序。比如下面的語句。
order by field1 asc, field2 asc, field3 desc。
這個排序條件按照field1的升序，field2的升序，field3的降序排序。
注意，排在前面的字段具有較高的優先級。
比如，兩條紀錄A和B，滿足如下條件：（1）A.field1 > B.field1，（2）A.field2 < B.field2。
這時如果按照order by field1, field2語句排序，那么 A > B。
如果上述條件中的（1）A.field1 > B.field1變化為A.field1 == B.field1。這時，條件（2）就會起作用。這時，A < B。
我們來看看在Java中如何實現這種靈活而強大的排序。
我們還是以上一節的Record類為例。Record類有3個字段，我們來看一看，有多少種可能的排序條件。
（1）按field1排序。（2）按field2排序。（3）按field3排序。（4）按field1，field2排序。（5）按field1升序，按field2降序排序…...
各種排序條件的排列組合，大概共有30種。而且，隨著字段個數的增長，排序條件的個數呈冪級數的增長。
按照上一節的sort和Comparator方法，如果我們需要達到按照任意條件進行排序的目的，那么我們需要為每一個排序條件提供一個Comparator，我們需要30個Comparator類。
當然，我們不會這么做，我們能夠進一步提取這個問題中的相同重復部分，優化我們的解決方案。
3.2 問題分析
我們來分析這個問題中變化的部分和不變的部分。
上面所有的排序條件中，不變的部分有3部分：（1）A.field1和B.field1的比較，（2）A.field2和B.field2的比較，（3）A.field3和B.field3的比較；變化的部分有兩部分，（1）這三種比較條件的任意組合排列，（2）升序和降序。
根據這段分析，我們引入兩個類，ReverseComparator類和CompositeComparator類。
CompositeComparator類用來解決字段的組合排列問題。
ReverseComparator類用來解決字段的升序、降序問題。
3.3 ReverseComparator類的代碼
java代碼:?
import?java.util.Comparator;?
public?class?ReverseComparator?implements?Comparator{?
??/**?*//**?the?original?comparator*/?
??private?Comparator?originalComparator?=?null;?
??/**?*//**?constructor?takes?a?comparator?as?parameter?*/?
??public?ReverseComparator(Comparator?comparator){?
????originalComparator?=?comparator;?
??}?
??/**?*//**?reverse?the?result?of?the?original?comparator?*/?
??public?int?compare(Object?o1,?Object?o2){?
????return?-?originalComparator.compare(o1,?o2);?
??}?
}?
3.4 CompositeComparator類的代碼
java代碼:?
import?java.util.Comparator;?
import?java.util.Iterator;?
import?java.util.List;?
import?java.util.LinkedList;?
public?class?CompositeComparator?implements?Comparator{?
??/**?*//**?in?the?condition?list,?comparators'?priority?decrease?from?head?to?tail?*/?
??private?List?comparators?=?new?LinkedList();?
??/**?*//**?get?the?comparators,?you?can?manipulate?it?as?need.*/?
??public?List?getComparators(){?
????return?comparators;?
??}?
??/**?*//**?add?a?batch?of?comparators?to?the?condition?list?*/?
??public?void?addComparators(Comparator[]?comparatorArray){?
????if(comparatorArray?==?null){?
??????return;?
????}?
????for(int?i?=?0;?i?<?comparatorArray.length;?i++){?
??????comparators.add(comparatorArray);?
????}?
??}?
??/**?*//**?compare?by?the?priority?*/?
??public?int?compare(Object?o1,?Object?o2){?
????for(Iterator?iterator?=?comparators.iterator();?iterator.hasNext();){?
??????Comparator?comparator?=?(Comparator)iterator.next();?
??????int?result?=?comparator.compare(o1,?o2);?
??????if(result?!=?0){?
????????return?result;?
??????}?
????}?
????return?0;?
??}?
}?
3.5 Comparator的組合應用
這一節講述上面兩個類的用法。
對應前面的排序問題，我們只需要3個Comparator類：
（1）Field1Comaprator；
（2）Field2Comaprator；
（3）Field3Comaprator。
下面舉例說明，如何組合這些Comparator實現不同的排序條件。
（1）order by field1, field2
java代碼:?
CompoiComparator?myComparator?=?new?CompoiComparator();?
myComparator.?addComparators(?
new?Comparator[]{new?Field1Comaprator?(),??new?Field2Comaprator?()};?
);?
//?records?is?a?list?of?Record?
Collections.sort(records,??myComparator);?
（2）order by field1 desc, field2
java代碼:?
CompoiComparator?myComparator?=?new?CompoiComparator();?
myComparator.?addComparators(?
new?Comparator[]{?
new?ReverseComparator(new?Field1Comaprator?()),??
new?Field2Comaprator?()};?
);?
//?records?is?a?list?of?Record?
Collections.sort(records,??myComparator);?
這里提供的ReverseComparator類和CompositeComparator類都采用了Decorator Pattern。
CompositeComparator類同時也是Composite Pattern。
4．過濾條件的排列組合
(多謝shinwell指正，我改正了后面的代碼)
過濾條件問題也屬于條件組合問題的范疇。比如JDK提供的java.io.File類提供了一個文件過濾方法listFile(FileFilter)，用戶可以定制不同的FileFilter，實現不同的過濾條件，比如文件時間在某個范圍內；文件后綴名，文件名符合某種模式；是目錄，還是文件，等等。
同樣，我們可以應用上述的解決方法，實現靈活的過濾條件組合——用一個CompositeFilter類任意組合過濾條件，用一個ReverseFilter類作為排除條件。
4.1 CompositeFilter類的代碼
java代碼:?
import?java.io.FileFilter;?
import?java.io.File;?
import?java.util.Iterator;?
import?java.util.List;?
import?java.util.LinkedList;?
public?class?CompositeFilter?implements?FileFilter?{?
??/**?*//**?in?the?filter?list,?every?condition?should?be?met.?*/?
??private?List?filters?=?new?LinkedList();?
??/**?*//**?get?the?filters,?you?can?manipulate?it?as?need.*/?
??public?List?getFilters(){?
????return?filters;?
??}?
??/**?*//**?add?a?batch?of?filters?to?the?condition?list?*/?
??public?void?addFilters(FileFilter[]?filterArray){?
????if(filterArray?==?null){?
??????return;?
????}?
????for(int?i?=?0;?i?<?filterArray.length;?i++){?
??????filters.add(filterArray);?
????}?
??}?
??/**?*//**?must?meet?all?the?filter?condition?*/?
??public?boolean?accept(File?pathname)?{?
????for(Iterator?iterator?=?filters.iterator();?iterator.hasNext();){?
??????FileFilter?filter?=?(FileFilter)iterator.next();?
??????boolean?result?=?filter.accept(pathname);?
??????//?if?any?condition?can?not?be?met,?return?false.?
??????if(result?==?false){?
????????return?false;?
??????}?
????}?
????//?all?conditions?are?met,?return?true.?
????return?true;?
??}?
}?
4.2 ReverseFilter類的代碼
java代碼:?
import?java.io.FileFilter;?
import?java.io.File;?
public?class?ReverseFilter?implements?FileFilter?{?
??/**?*//**?the?original?filter*/?
??private?FileFilter?originalFilter?=?null;?
??/**?*//**?constructor?takes?a?filter?as?parameter?*/?
??public?ReverseFilter(FileFilter?filter){?
????originalFilter?=?filter;?
??}?
??/**?*//**?must?meet?all?the?filter?condition?*/?
??public?boolean?accept(File?pathname)?{?
??????return?!originalFilter.accept(pathname);?
??}?
}?
5．總結
本文講述了Design Pattern的分析和實踐，并闡述了一類條件組合問題的解決思路。 |