文章摘要(AI生成)

迭代器模式是一种可以顺序访问集合元素的设计模式，在该模式中包含了迭代器、具体迭代器、集合和具体集合等角色。迭代器模式已经融入到Java的基本API中，使得程序设计更加轻松便捷。使用迭代器模式可以避免自己编写迭代器，而直接使用Java提供的Iterator接口来满足需求。在一个示例程序中，通过实现迭代器模式，将书放入书架并按顺序显示书的名字。通过Iterator接口、BookShelf、BookShelfIterator、Book等组件的实现，实现了迭代器模式的具体功能。迭代器模式在各个聚集类中得到了广泛的应用，包括List、Queue、Set等。通过迭代器模式的应用，实现了集合元素的顺序访问和展示。

迭代器模式

定义

提供一种方法可以顺序访问集合中的各个元素，又不需要暴露该集合的内部表示

角色

lterator（迭代器）：该角色负责定义按顺序逐个遍历元素的接口(API)。
Concretelterator（具体的迭代器）：该角色负责实现Iterator角色所定义的接口(API)。
Aggregate（集合）：该角色负责定义创建Iterator角色的接口(API)。这个接口(API)是一个方法，会创建出“按顺序访问保存在我内部元素的人”。
ConcreteAggregate(具体的集合）：该角色负责实现Aggregate角色所定义的接口(API)。它会创建出具体的Iterator角色，即ConcreteIterator角色。

应用场景

从JDK 1.2版本开始增加java.util.Iterator这个接口，并逐步把Iterator应用到各个聚集类（Collection）中，我们来看JDK 1.5的API帮助文件，你会看到有一个叫java.util.Iterable的接口，看看有多少个接口继承了它： BeanContext,BeanContextServices,BlockingQueue,Collection,List,Queue,Set,SortedSet，再看看有它多少个实现类： AbstractCollection,AbstractList,AbstractQueue,AbstractSequentialList,AbstractSet,ArrayBlockingQueue,ArrayList,AttributeList,BeanContextServicesSupport,BeanContextSupport,ConcurrentLinkedQueue,CopyOnWriteArrayList,CopyOnWriteArraySet,DelayQueue,EnumSet,HashSet,JobStateReasons,LinkedBlockingQueue,LinkedHashSet,LinkedList,PriorityBlockingQueue,PriorityQueue,RoleList,RoleUnresolvedList,Stack,SynchronousQueue,TreeSet,Vector，基本上我们经常使用的类都在这个表中了，也正是因为Java把迭代器模式已经融入到基本 API中了，我们才能如此轻松、便捷。

最佳实践

尽量不要自己写迭代器模式，使用Java提供的Iterator一般就能满足需求

spring实现

实现一个程序，可以将书放到书架中，并将书的名字按顺序显示出来

迭代器

public interface Iterator {

   boolean hasNext();

   Object next();
}

具体迭代器

@Component
public class BookShelfIterator implements Iterator {
   private BookShelf bookShelf;
   private int index;

   public void initBookShelfIterator(BookShelf bookShelf) {
      this.bookShelf = bookShelf;
       this.index = 0;
   }

   @Override
   public boolean hasNext() {
      if (index < bookShelf.getLength()) {
         return true;
      } else {
         return false;
      }
   }

   @Override
   public Object next() {
      Book book = bookShelf.getBookAt(index);
      index++;
      return book;
   }

}

抽象集合

public interface Aggregate {
   Iterator getIterator();
}

具体集合

@Component
public class BookShelf implements Aggregate {

   private ArrayList<Book> books;
   private int last = 0;
   @Resource
   private BookShelfIterator bookShelfIterator;

   public void initBookShelf(int maxsize) {
      this.books = new ArrayList<Book>(maxsize);
   }
   public Book getBookAt(int index){
      return books.get(index);
   }
   public void appendBook(Book book){
      this.books.add(book);
      last++;
   }
   
   public int getLength(){
      return last;
   }
   /**
    * 创建迭代器
    * @return 书架迭代器
    */
   public Iterator getIterator(){
      bookShelfIterator.initBookShelfIterator(this);
      return bookShelfIterator;
   }
}

集合元素

@Component
@Data
@Scope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE)
public class Book {
   private String name;
}

元素生成器

@Component
public abstract class BookGenerator {

   @Lookup
   protected abstract Book book();

   public Book genBooK(String name){
      Book book = book();
      book.setName(name);
      return book;
   }
}

测试

@RestController
public class IteratorController {

   @Resource
   private BookShelf bookShelf;
   @Resource
   private BookGenerator bookGenerator;

   @GetMapping("/iterator")
   public String iterator(){
      bookShelf.initBookShelf(4);
      bookShelf.appendBook(bookGenerator.genBooK("Around the world"));
      bookShelf.appendBook(bookGenerator.genBooK("hello world"));
      bookShelf.appendBook(bookGenerator.genBooK("hello kitty"));
      bookShelf.appendBook(bookGenerator.genBooK("little pig peqi"));
      Iterator it = bookShelf.getIterator();
      String result = "";
      while (it.hasNext()) {
         Book book = (Book) it.next();
         result += "书名：" + (book.getName()) +"\n";
      }
      return result;
   }
}

测试结果为：

http://localhost:8080/iterator

HTTP/1.1 200 
Content-Type: text/plain;charset=UTF-8
Content-Length: 93
Date: Sun, 28 Aug 2022 07:06:20 GMT
Keep-Alive: timeout=60
Connection: keep-alive

书名：Around the world
书名：hello world
书名：hello kitty
书名：little pig peqi

中介者模式

定义

用一个中介对象封装一系列的对象交互，中介者使各对象不需要显示地相互作用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

优缺点

优点

中介者模式的优点就是减少类间的依赖，把原有的一对多的依赖变成了一对一的依赖，同事类只依赖中介者，减少了依赖，当然同时也降低了类间的耦合。

缺点

中介者模式的缺点就是中介者会膨胀得很大，而且逻辑复杂，原本N个对象直接的相互依赖关系转换为中介者和同事类的依赖关系，同事类越多，中介者的逻辑就越复杂。

使用场景

中介者模式简单，但是简单不代表容易使用，很容易被误用。在面向对象的编程中，对象和对象之间必然会有依赖关系，如果某个类和其他类没有任何相互依赖的关系，那这个类就是一个“孤岛”，在项目中就没有存在的必要了！就像是某个人如果永远独立生活，与任何人都没有关系，那这个人基本上就算是野人了——排除在人类这个定义之外。类之间的依赖关系是必然存在的，一个类依赖多个类的情况也是存在的，存在即合理，那是否可以说只要有多个依赖关系就考虑使用中介者模式呢？答案是否定的。中介者模式未必能帮你把原本凌乱的逻辑整理得清清楚楚，而且中介者模式也是有缺点的，这个缺点在使用不当时会被放大，比如原本就简单的几个对象依赖关系，如果为了使用模式而加入了中介者，必然导致中介者的逻辑复杂化，因此中介者模式的使用需要“量力而行”！中介者模式适用于多个对象之间紧密耦合的情况，紧密耦合的标准是：在类图中出现了蜘蛛网状结构。在这种情况下一定要考虑使用中介者模式，这有利于把蜘蛛网梳理为星型结构，使原本复杂混乱的关系变得清晰简单

大家都应该使用过Struts，MVC框架，其中的C（Controller）就是一个中介者，叫做前端控制器(Front Controller)，它的作用就是把M(Model，业务逻辑)和V（View，视图）隔离开，协调M和V协同工作，把M运行的结果和V代表的视图融合成一个前端可以展示的页面，减少 M和V的依赖关系。MVC框架已经成为一个非常流行、成熟的开发框架，这也是中介者模式的优点的一个体现。

最佳实践

中介者模式是一个非常好的封装模式，也是一个很容易被滥用的模式，一个对象依赖几个对象是再正常不过的事情，但是纯理论家就会要求使用中介者模式来封装这种依赖关系，这是非常危险的！使用中介模式就必然会带来中介者的膨胀问题，这在一个项目中是很不恰当的。大家可以在如下的情况下尝试使用中介者模式：

N个对象之间产生了相互的依赖关系（N＞2）。
多个对象有依赖关系，但是依赖的行为尚不确定或者有发生改变的可能，在这种情况下一般建议采用中介者模式，降低变更引起的风险扩散。
产品开发。一个明显的例子就是MVC框架，把中介者模式应用到产品中，可以提升产品的性能和扩展性，但是对于项目开发就未必，因为项目是以交付投产为目标，而产品则是以稳定、高效、扩展为宗旨

角色

Mediator (仲裁者、中介者)：Mediator角色负责定义与Colleague角色进行通信和做出决定的接口(API)。
ConcreteMediator（具体的仲裁者、中介者）：ConcreteMediator角色负责实现Mediator 角色的接口(API)，负责实际做出决定。
Colleague (同事)：Colleague角色负责定义与Mediator角色进行通信的接口(API)
ConcreteColleague(具体的同事)：ConcreteColleague角色负责实现Colleague角色的接口(API )。

spring实现

我们通过以下程序来实现由中介者发送消息给同事，并由同事接受消息。

同事角色

定义和中介者角色进行通信的接口

public interface Colleague {

   void setMediator(Mediator mediator);

   String receiveMsg(String msg);

   void send(String msg);
}

具体同事

定义学生和老师来接收由中介者发送的消息

@Component
@Slf4j
public class StudentColleague implements Colleague {

   private Mediator mediator;

   @Override
   public void setMediator(Mediator mediator) {
      this.mediator = mediator;
   }

   public void send(String message) {
      this.mediator.sendChanged(message, this);
   }

   @Override
   public String receiveMsg(String msg) {
      log.info("学生收到消息：" + msg);
      return msg;
   }
}

@Component
@Slf4j
public class TeacherColleague implements Colleague {

   private Mediator mediator;

   @Override
   public void setMediator(Mediator mediator) {
      this.mediator = mediator;
   }

   @Override
   public String receiveMsg(String msg) {
      log.info("老师收到消息：" + msg);
      return msg;
   }

   public void send(String message) {
      mediator.sendChanged(message, this);
   }
}

中介者

定义与同事进行通信的接口

public abstract class Mediator {
   /**
    * 定义一个抽象的发送消息方法，得到同事对象和发送信息
    * @param message
    * @param colleague
    */
   public abstract String sendChanged(String message, Colleague colleague);
}

具体中介者

负责判断发给哪个同事

@Component
public class ConcreteMediator extends Mediator {
   @Setter
   private TeacherColleague teacherColleague;
   @Setter
   private StudentColleague studentColleague;

   @Override
   public String sendChanged(String message, Colleague colleague) {
      if (colleague == teacherColleague) {
         return teacherColleague.receiveMsg(message);
      } else {
         return studentColleague.receiveMsg(message);
      }
   }
}

测试

@RestController
public class MediatorController {

   @Resource
   private ConcreteMediator mediator;
   @Resource
   private TeacherColleague teacherColleague;
   @Resource
   private StudentColleague studentColleague;

   @GetMapping("/mediator")
   public String mediator(String item){
      teacherColleague.setMediator(mediator);
      studentColleague.setMediator(mediator);
      mediator.setTeacherColleague(teacherColleague);
      mediator.setStudentColleague(studentColleague);

      teacherColleague.send("早上好啊！");
      studentColleague.send("早安！");
      return mediator.toString();
   }
}

测试结果如下

2022-08-28 15:15:16.039  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-4] c.e.d.Mediator.TeacherColleague          : 老师收到消息：早上好啊！
2022-08-28 15:15:16.040  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-4] c.e.d.Mediator.StudentColleague          : 学生收到消息：早安！

备忘录模式

定义

在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态

使用场景

需要保存和恢复数据的相关状态场景。
提供一个可回滚（rollback）的操作；比如Word中的CTRL+Z组合键，IE浏览器中的后退按钮，文件管理器上的backspace键等。
需要监控的副本场景中。例如要监控一个对象的属性，但是监控又不应该作为系统的主业务来调用，它只是边缘应用，即使出现监控不准、错误报警也影响不大，因此一般的做法是备份一个主线程中的对象，然后由分析程序来分析。
数据库连接的事务管理就是用的备忘录模式

最佳实践

备忘录模式是我们设计上“月光宝盒”，可以让我们回到需要的年代；是程序数据的“后悔药”，吃了它就可以返回上一个状态；是设计人员的定心丸，确保即使在最坏的情况下也能获得最近的对象状态。如果大家看懂了的话，请各位在设计的时候就不要使用数据库的临时表作为缓存备份数据了，虽然是一个简单的办法，但是它加大了数据库操作的频繁度，把压力下放到数据库了，最好的解决办法就是使用备忘录模式。

角色

Originator(生成者）：Originator角色会在保存自己的最新状态时生成Memento角色。当把以前保存的Memento角色传递给Originator角色时，它会将自己恢复至生成该Memento角色时的状态。在示例程序中，由Gamer类扮演此角色。
Memento (备忘录）：Memento角色会将Originator 角色的内部信息整合在一起。在 Memento角色中虽然保存了Originator 角色的信息，但它不会向外部公开这些信息。

Memento角色有以下两种接口(API )。
1. wide interface—宽接口(API)：Memento角色提供的“宽接口(API)”是指所有用于获取恢复对象状态信息的方法的集合。由于宽接口(API)会暴露所有Memento角色的内部信息，因此能够使用宽接口(API)的只有Originator角色。
2. narrow interface—窄接口(API)：Memento角色为外部的Caretaker 角色提供了“窄接口(API)”。可以通过窄接口(API )获取的Memento角色的内部信息非常有限，因此可以有效地防止信息泄露。
通过对外提供以上两种接口(API)，可以有效地防止对象的封装性被破坏。

Originator角色和 Memento角色之间有着非常紧密的联系。
Caretaker(负责人) ：当Caretaker 角色想要保存当前的Originator角色的状态时，会通知Originator角色。Originator角色在接收到通知后会生成Memento角色的实例并将其返回给Caretaker角色。由于以后可能会用Memento实例来将Originator恢复至原来的状态，因此Caretaker角色会一直保存Memento实例。

不过，Caretaker角色只能使用Memento角色两种接口(API)中的窄接口(API)，也就是说它无法访问Memento角色内部的所有信息。它只是将Originator角色生成的Memento角色当作一个黑盒子保存起来。

虽然Originator角色和 Memento角色之间是强关联关系，但Caretaker角色和Memento角色之间是弱关联关系。Memento角色对Caretaker角色隐藏了自身的内部信息。

spring实现

下面我们来看一段使用了Memento模式的示例程序。这是一个收集水果和获取金钱数的掷骰子游戏，游戏规则很简单，具体如下：

游戏是自动进行的
游戏的主人公通过掷骰子来决定下一个状态
当骰子点数为1的时候,主人公的金钱会增加·
当骰子点数为2的时候,主人公的金钱会减少·
当骰子点数为6的时候,主人公会得到水果·
主人公没有钱时游戏就会结束

在程序中，如果金钱增加，为了方便将来恢复状态，我们会生成Memento类的实例，将现在的状态保存起来。所保存的数据为当前持有的金钱和水果。如果不断掷出了会导致金钱减少的点数，为了防止金钱变为О而结束游戏，我们会使用Memento的实例将游戏恢复至之前的状态。

备忘录

将生成的内部信息整合到一起，用来表示游戏状态

@Component
public class Memento {

   int money;
   ArrayList<String> fruits;
   public int getMoney() {
      return money;
   }
   
   public void initMemento(int money) {
      this.money = money;
      this.fruits = new ArrayList<String>();
   }

   void addFruit(String fruit){
      fruits.add(fruit);
   }
   
   public List<String> getFruits() {
      return (List<String>)fruits.clone();
   }
   
}

备忘录生成器

@Component
public abstract class MementoGenerator {

   @Lookup
   public abstract Memento memento();

   public Memento genMemento(int money){
      Memento memento = memento();
      memento.initMemento(money);
      return memento;
   }
}

生成者

用来表示游戏主人公，会生成对应备忘录的实例

@Component
@Slf4j
public class Gamer {

   @Getter
   @Setter
   private int money;
   private List<String> fruits = new ArrayList<String>();
   private Random random = new Random();
   @Resource
   private MementoGenerator mementoGenerator;

   private static String[] fruitsname = { "苹果", "葡萄", "香蕉", "橘子", };
   
   public void bet(){
      int dice = random.nextInt(6)+1;
      if(dice==1){
         money+=100;
         log.info("所持金钱增加了");
      }else if(dice==2){
         money/=2;
         log.info("所持金钱减半了");
      }else if(dice==6){
         String f = getFruit();
         log.info("获得了水果（"+f+")。");
         fruits.add(f);
      }else{
         log.info("什么都没发生");
      }
   }

   private String getFruit() {
      // TODO Auto-generated method stub
      String prefix = "";
      if(random.nextBoolean()){
         prefix="好吃的";
      }
      return prefix+fruitsname[random.nextInt(fruitsname.length)];
   }
   public Memento createMemento(){
      Memento m = mementoGenerator.genMemento(money);
      Iterator<String> it = fruits.iterator();
      while(it.hasNext()){
         String f = it.next();
         if(f.startsWith("好吃的")){
            m.addFruit(f);
         }
      }
      return m;
   }
   public void restoreMemento(Memento memento){
      this.money = memento.money;
      this.fruits = memento.getFruits();
   }

   @Override
   public String toString() {
      return "Gamer [money=" + money + ", fruits=" + fruits + ", random="
            + random + "]";
   }
   
}

测试

@RestController
@Slf4j
public class MementoController {

   @Resource
   private Gamer gamer;

   @GetMapping("/memento")
   public String memento(){
      gamer.setMoney(1000);
      Memento memento = gamer.createMemento();
      for(int i=0;i<100;i++){
         log.info("==== "+i);
         log.info("当前状态："+gamer);
         gamer.bet();
         log.info("所持金钱为"+gamer.getMoney()+"元");
         if(gamer.getMoney()>memento.getMoney()){
            log.info("(所持金钱增加了许多，因此保持游戏当前的状态）");
            memento= gamer.createMemento();
         }else if(gamer.getMoney()<memento.getMoney()/2){
            log.info("(所持金钱减少了许多，因此将游戏恢复至以前的状态）");
            gamer.restoreMemento(memento);
         }
      }
      return gamer.toString();
   }
}

输出结果为：

2022-08-28 15:29:51.566  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.d.Memento.MementoController          : ==== 0
2022-08-28 15:29:51.566  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.d.Memento.MementoController          : 当前状态：Gamer [money=1000, fruits=[], random=java.util.Random@4d391309]
2022-08-28 15:29:51.566  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.designpattern.Memento.game.Gamer     : 什么都没发生
...

...

...
2022-08-28 15:29:51.573  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.designpattern.Memento.game.Gamer     : 所持金钱减半了
2022-08-28 15:29:51.573  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.d.Memento.MementoController          : 所持金钱为900元
2022-08-28 15:29:51.573  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.d.Memento.MementoController          : ==== 99
2022-08-28 15:29:51.573  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.d.Memento.MementoController          : 当前状态：Gamer [money=900, fruits=[好吃的苹果], random=java.util.Random@4d391309]
2022-08-28 15:29:51.573  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.designpattern.Memento.game.Gamer     : 什么都没发生
2022-08-28 15:29:51.573  INFO 11304 --- [nio-8080-exec-6] c.e.d.Memento.MementoController          : 所持金钱为900元

行为型设计模式实战【二】-迭代器、中介者、备忘录

文章摘要(AI生成)

迭代器模式

定义

角色

应用场景

最佳实践

spring实现

迭代器

具体迭代器

抽象集合

具体集合

集合元素

元素生成器

测试

中介者模式

定义

优缺点

优点

缺点

使用场景

最佳实践

角色

spring实现

同事角色

具体同事

中介者

具体中介者

测试

备忘录模式

定义

使用场景

最佳实践

角色

spring实现

备忘录

备忘录生成器

生成者

测试

评论区