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Java设计模式之策略模式详解

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策略模式

在GOF的设计模式一书的第一章,作者讨论了若干条OO设计原则,这些原则包括了很多设计模式的核心。策略模式体现了这样两个原则——封装变化和对接口编程而不是对实现编程。设计模式的作者把策略模式定义如下:

Define a family of algorithms, encapsulate each one, and make them interchangeable. [The] Strategy [pattern] lets the algorithm vary independently from clients that use it.(策略模式定义了一系列的算法,并将每一个算法封装起来,而且使它们还可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化。)

策略模式将整个软件构建为可互换部分的松耦合的集合,而不是单一的紧耦合系统。松耦合的软件可扩展性更好,更易于维护且重用性好。

为理解策略模式,我们首先看一下Swing如何使用策略模式绘制组件周围的边框。接着讨论Swing使用策略模式带来的好处,最后说明在你的软件中如何实现策略模式。

Swing 边框

几乎所有的Swing组件都可以绘制边框,包括面板、按钮、列表等等。Swing也提供了组件的多种边框类型:bevel(斜面边框),etched(浮雕化边框),line(线边框),titled(标题边框)以及compound(复合边框)等。Swing组件的边框使用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类使用示例1中的switch语句实现其功能,Swing组件就不能被扩展。

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。
图片描述
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
图片描述
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:

为你的策略对象定义Strategy接口
编写ConcreteStrategy类实现Strategy接口
在你的Context类中,保持对“`Strategy“对象的私有引用。
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。

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