Flink 零基础实战教程:如何计算实时热门商品

From:http://wuchong.me/blog/2018/11/07/use-flink-calculate-hot-items/

上一篇入门教程中,我们已经能够快速构建一个基础的 Flink 程序了。本文会一步步地带领你实现一个更复杂的 Flink 应用程序:实时热门商品。在开始本文前我们建议你先实践一遍上篇文章,因为本文会沿用上文的my-flink-project项目框架。

通过本文你将学到:

  1. 如何基于 EventTime 处理,如何指定 Watermark
  2. 如何使用 Flink 灵活的 Window API
  3. 何时需要用到 State,以及如何使用
  4. 如何使用 ProcessFunction 实现 TopN 功能

实战案例介绍

本案例将实现一个“实时热门商品”的需求,我们可以将“实时热门商品”翻译成程序员更好理解的需求:每隔5分钟输出最近一小时内点击量最多的前 N 个商品。将这个需求进行分解我们大概要做这么几件事情:

  • 抽取出业务时间戳,告诉 Flink 框架基于业务时间做窗口
  • 过滤出点击行为数据
  • 按一小时的窗口大小,每5分钟统计一次,做滑动窗口聚合(Sliding Window)
  • 按每个窗口聚合,输出每个窗口中点击量前N名的商品

数据准备

这里我们准备了一份淘宝用户行为数据集(来自阿里云天池公开数据集,特别感谢)。本数据集包含了淘宝上某一天随机一百万用户的所有行为(包括点击、购买、加购、收藏)。数据集的组织形式和MovieLens-20M类似,即数据集的每一行表示一条用户行为,由用户ID、商品ID、商品类目ID、行为类型和时间戳组成,并以逗号分隔。关于数据集中每一列的详细描述如下:

列名称说明
用户ID整数类型,加密后的用户ID
商品ID整数类型,加密后的商品ID
商品类目ID整数类型,加密后的商品所属类目ID
行为类型字符串,枚举类型,包括(‘pv’, ‘buy’, ‘cart’, ‘fav’)
时间戳行为发生的时间戳,单位秒

你可以通过下面的命令下载数据集到项目的 resources 目录下:

$ cd my-flink-project/src/main/resources
$ curl https://raw.githubusercontent.com/wuchong/my-flink-project/master/src/main/resources/UserBehavior.csv > UserBehavior.csv

这里是否使用 curl 命令下载数据并不重要,你也可以使用 wget 命令或者直接访问链接下载数据。关键是,将数据文件保存到项目的 resources 目录下,方便应用程序访问。

编写程序

在 src/main/java/myflink 下创建 HotItems.java 文件:

package myflink;

public class HotItems {

public static void main(String[] args) throws Exception {

}
}

与上文一样,我们会一步步往里面填充代码。第一步仍然是创建一个 StreamExecutionEnvironment,我们把它添加到 main 函数中。

StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();
// 为了打印到控制台的结果不乱序,我们配置全局的并发为1,这里改变并发对结果正确性没有影响
env.setParallelism(1);

创建模拟数据源

在数据准备章节,我们已经将测试的数据集下载到本地了。由于是一个csv文件,我们将使用 CsvInputFormat 创建模拟数据源。

注:虽然一个流式应用应该是一个一直运行着的程序,需要消费一个无限数据源。但是在本案例教程中,为了省去构建真实数据源的繁琐,我们使用了文件来模拟真实数据源,这并不影响下文要介绍的知识点。这也是一种本地验证 Flink 应用程序正确性的常用方式。

我们先创建一个 UserBehavior 的 POJO 类(所有成员变量声明成public便是POJO类),强类型化后能方便后续的处理。

/** 用户行为数据结构 **/
public static class UserBehavior {
public long userId; // 用户ID
public long itemId; // 商品ID
public int categoryId; // 商品类目ID
public String behavior; // 用户行为, 包括(“pv”, “buy”, “cart”, “fav”)
public long timestamp; // 行为发生的时间戳,单位秒
}

接下来我们就可以创建一个 PojoCsvInputFormat 了, 这是一个读取 csv 文件并将每一行转成指定 POJO
类型(在我们案例中是 UserBehavior)的输入器。

// UserBehavior.csv 的本地文件路径
URL fileUrl = HotItems2.class.getClassLoader().getResource(“UserBehavior.csv”);
Path filePath = Path.fromLocalFile(new File(fileUrl.toURI()));
// 抽取 UserBehavior 的 TypeInformation,是一个 PojoTypeInfo
PojoTypeInfo<UserBehavior> pojoType = (PojoTypeInfo<UserBehavior>) TypeExtractor.createTypeInfo(UserBehavior.class);
// 由于 Java 反射抽取出的字段顺序是不确定的,需要显式指定下文件中字段的顺序
String[] fieldOrder = new String[]{“userId”, “itemId”, “categoryId”, “behavior”, “timestamp”};
// 创建 PojoCsvInputFormat
PojoCsvInputFormat<UserBehavior> csvInput = new PojoCsvInputFormat<>(filePath, pojoType, fieldOrder);

下一步我们用 PojoCsvInputFormat 创建输入源。

DataStream<UserBehavior> dataSource = env.createInput(csvInput, pojoType);

这就创建了一个 UserBehavior 类型的 DataStream

EventTime 与 Watermark

当我们说“统计过去一小时内点击量”,这里的“一小时”是指什么呢? 在 Flink 中它可以是指 ProcessingTime ,也可以是 EventTime,由用户决定。

  • ProcessingTime:事件被处理的时间。也就是由机器的系统时间来决定。
  • EventTime:事件发生的时间。一般就是数据本身携带的时间。

在本案例中,我们需要统计业务时间上的每小时的点击量,所以要基于 EventTime 来处理。那么如果让 Flink 按照我们想要的业务时间来处理呢?这里主要有两件事情要做。

第一件是告诉 Flink 我们现在按照 EventTime 模式进行处理,Flink 默认使用 ProcessingTime 处理,所以我们要显式设置下。

env.setStreamTimeCharacteristic(TimeCharacteristic.EventTime);

第二件事情是指定如何获得业务时间,以及生成 Watermark。Watermark 是用来追踪业务事件的概念,可以理解成 EventTime 世界中的时钟,用来指示当前处理到什么时刻的数据了。由于我们的数据源的数据已经经过整理,没有乱序,即事件的时间戳是单调递增的,所以可以将每条数据的业务时间就当做 Watermark。这里我们用 AscendingTimestampExtractor 来实现时间戳的抽取和 Watermark 的生成。

注:真实业务场景一般都是存在乱序的,所以一般使用 BoundedOutOfOrdernessTimestampExtractor

DataStream<UserBehavior> timedData = dataSource
.assignTimestampsAndWatermarks(new AscendingTimestampExtractor<UserBehavior>() {
@Override
public long extractAscendingTimestamp(UserBehavior userBehavior) {
// 原始数据单位秒,将其转成毫秒
return userBehavior.timestamp * 1000;
}
});

这样我们就得到了一个带有时间标记的数据流了,后面就能做一些窗口的操作。

过滤出点击事件

在开始窗口操作之前,先回顾下需求“每隔5分钟输出过去一小时内点击量最多的前 N 个商品”。由于原始数据中存在点击、加购、购买、收藏各种行为的数据,但是我们只需要统计点击量,所以先使用 FilterFunction 将点击行为数据过滤出来。

DataStream<UserBehavior> pvData = timedData
.filter(new FilterFunction<UserBehavior>() {
@Override
public boolean filter(UserBehavior userBehavior) throws Exception {
// 过滤出只有点击的数据
return userBehavior.behavior.equals(“pv”);
}
});

窗口统计点击量

由于要每隔5分钟统计一次最近一小时每个商品的点击量,所以窗口大小是一小时,每隔5分钟滑动一次。即分别要统计 [09:00, 10:00), [09:05, 10:05), [09:10, 10:10)… 等窗口的商品点击量。是一个常见的滑动窗口需求(Sliding Window)。

DataStream<ItemViewCount> windowedData = pvData
.keyBy(“itemId”)
.timeWindow(Time.minutes(60), Time.minutes(5))
.aggregate(new CountAgg(), new WindowResultFunction());

我们使用.keyBy("itemId")对商品进行分组,使用.timeWindow(Time size, Time slide)对每个商品做滑动窗口(1小时窗口,5分钟滑动一次)。然后我们使用 .aggregate(AggregateFunction af, WindowFunction wf) 做增量的聚合操作,它能使用AggregateFunction提前聚合掉数据,减少 state 的存储压力。较之.apply(WindowFunction wf)会将窗口中的数据都存储下来,最后一起计算要高效地多。aggregate()方法的第一个参数用于

这里的CountAgg实现了AggregateFunction接口,功能是统计窗口中的条数,即遇到一条数据就加一。

/** COUNT 统计的聚合函数实现,每出现一条记录加一 */
public static class CountAgg implements AggregateFunction<UserBehavior, Long, Long> {

@Override
public Long createAccumulator() {
return 0L;
}

@Override
public Long add(UserBehavior userBehavior, Long acc) {
return acc + 1;
}

@Override
public Long getResult(Long acc) {
return acc;
}

@Override
public Long merge(Long acc1, Long acc2) {
return acc1 + acc2;
}
}

.aggregate(AggregateFunction af, WindowFunction wf) 的第二个参数WindowFunction将每个 key每个窗口聚合后的结果带上其他信息进行输出。我们这里实现的WindowResultFunction将主键商品ID,窗口,点击量封装成了ItemViewCount进行输出。

/** 用于输出窗口的结果 */
public static class WindowResultFunction implements WindowFunction<Long, ItemViewCount, Tuple, TimeWindow> {

@Override
public void apply(
Tuple key, // 窗口的主键,即 itemId
TimeWindow window, // 窗口
Iterable<Long> aggregateResult, // 聚合函数的结果,即 count 值
Collector<ItemViewCount> collector // 输出类型为 ItemViewCount
) throws Exception {
Long itemId = ((Tuple1<Long>) key).f0;
Long count = aggregateResult.iterator().next();
collector.collect(ItemViewCount.of(itemId, window.getEnd(), count));
}
}

/** 商品点击量(窗口操作的输出类型) */
public static class ItemViewCount {
public long itemId; // 商品ID
public long windowEnd; // 窗口结束时间戳
public long viewCount; // 商品的点击量

public static ItemViewCount of(long itemId, long windowEnd, long viewCount) {
ItemViewCount result = new ItemViewCount();
result.itemId = itemId;
result.windowEnd = windowEnd;
result.viewCount = viewCount;
return result;
}
}

现在我们得到了每个商品在每个窗口的点击量的数据流。

TopN 计算最热门商品

为了统计每个窗口下最热门的商品,我们需要再次按窗口进行分组,这里根据ItemViewCount中的windowEnd进行keyBy()操作。然后使用 ProcessFunction 实现一个自定义的 TopN 函数 TopNHotItems 来计算点击量排名前3名的商品,并将排名结果格式化成字符串,便于后续输出。

DataStream<String> topItems = windowedData
.keyBy(“windowEnd”)
.process(new TopNHotItems(3)); // 求点击量前3名的商品

ProcessFunction 是 Flink 提供的一个 low-level API,用于实现更高级的功能。它主要提供了定时器 timer 的功能(支持EventTime或ProcessingTime)。本案例中我们将利用 timer 来判断何时收齐了某个 window 下所有商品的点击量数据。由于 Watermark 的进度是全局的,

在 processElement 方法中,每当收到一条数据(ItemViewCount),我们就注册一个 windowEnd+1 的定时器(Flink 框架会自动忽略同一时间的重复注册)。windowEnd+1 的定时器被触发时,意味着收到了windowEnd+1的 Watermark,即收齐了该windowEnd下的所有商品窗口统计值。我们在 onTimer() 中处理将收集的所有商品及点击量进行排序,选出 TopN,并将排名信息格式化成字符串后进行输出。

这里我们还使用了 ListState<ItemViewCount> 来存储收到的每条 ItemViewCount 消息,保证在发生故障时,状态数据的不丢失和一致性。ListState 是 Flink 提供的类似 Java List 接口的 State API,它集成了框架的 checkpoint 机制,自动做到了 exactly-once 的语义保证。

/** 求某个窗口中前 N 名的热门点击商品,key 为窗口时间戳,输出为 TopN 的结果字符串 */
public static class TopNHotItems extends KeyedProcessFunction<Tuple, ItemViewCount, String> {

private final int topSize;

public TopNHotItems(int topSize) {
this.topSize = topSize;
}

// 用于存储商品与点击数的状态,待收齐同一个窗口的数据后,再触发 TopN 计算
private ListState<ItemViewCount> itemState;

@Override
public void open(Configuration parameters) throws Exception {
super.open(parameters);
// 状态的注册
ListStateDescriptor<ItemViewCount> itemsStateDesc = new ListStateDescriptor<>(
“itemState-state”,
ItemViewCount.class);
itemState = getRuntimeContext().getListState(itemsStateDesc);
}

@Override
public void processElement(
ItemViewCount input,
Context context,
Collector<String> collector) throws Exception {

// 每条数据都保存到状态中
itemState.add(input);
// 注册 windowEnd+1 的 EventTime Timer, 当触发时,说明收齐了属于windowEnd窗口的所有商品数据
context.timerService().registerEventTimeTimer(input.windowEnd + 1);
}

@Override
public void onTimer(
long timestamp, OnTimerContext ctx, Collector<String> out) throws Exception {
// 获取收到的所有商品点击量
List<ItemViewCount> allItems = new ArrayList<>();
for (ItemViewCount item : itemState.get()) {
allItems.add(item);
}
// 提前清除状态中的数据,释放空间
itemState.clear();
// 按照点击量从大到小排序
allItems.sort(new Comparator<ItemViewCount>() {
@Override
public int compare(ItemViewCount o1, ItemViewCount o2) {
return (int) (o2.viewCount – o1.viewCount);
}
});
// 将排名信息格式化成 String, 便于打印
StringBuilder result = new StringBuilder();
result.append(“====================================\n”);
result.append(“时间: “).append(new Timestamp(timestamp-1)).append(“\n”);
for (int i=0;i<topSize;i++) {
ItemViewCount currentItem = allItems.get(i);
// No1: 商品ID=12224 浏览量=2413
result.append(“No”).append(i).append(“:”)
.append(” 商品ID=”).append(currentItem.itemId)
.append(” 浏览量=”).append(currentItem.viewCount)
.append(“\n”);
}
result.append(“====================================\n\n”);

out.collect(result.toString());
}
}

打印输出

最后一步我们将结果打印输出到控制台,并调用env.execute执行任务。

topItems.print();
env.execute(“Hot Items Job”);

运行程序

直接运行 main 函数,就能看到不断输出的每个时间点的热门商品ID。

总结

本文的完整代码可以通过 GitHub 访问到。本文通过实现一个“实时热门商品”的案例,学习和实践了 Flink 的多个核心概念和 API 用法。包括 EventTime、Watermark 的使用,State 的使用,Window API 的使用,以及 TopN 的实现。希望本文能加深大家对 Flink 的理解,帮助大家解决实战上遇到的问题。

如何从小白成长为 Apache Committer?

from:http://wuchong.me/blog/2019/02/12/how-to-become-apache-committer/

过去三年,我一直在为 Apache Flink 开源项目贡献,也在两年前成为了 Flink Committer。我在 Flink 社区成长的过程中受到过社区大神的很多指导,如今也有很多人在向我咨询如何能参与到开源社区中,如何能成为 Committer。这也是本文写作的初衷,希望能帮助更多人参与到开源社区中。

本文将以 Apache Flink 为例,介绍如何参与社区贡献,如何成为 Apache Committer。

我们先来了解下一个小白在 Apache 社区中的成长路线是什么样的。

Apache 社区的成长路线

Apache 软件基金会(Apache Software Foundation,ASF)在开源软件界大名鼎鼎。ASF 能保证旗下 200 多个项目的社区活动运转良好,得益于其独特的组织架构和良好的制度。

用户 (User): 通过使用社区的项目构建自己的业务架构的开发者都是Apache的用户。

贡献者 (Contributor): 帮助解答用户的问题,贡献代码或文档,在邮件列表中参与讨论设计和方案的都是 Contributor。

提交者 (Committer): 贡献多了以后,就有可能经过 PMC 的提议和投票,邀请你成为 Committer。成为 Committer 也就意味着正式加入 Apache了,不但拥有相应项目的写入权限还有 apache.org 的专属邮箱。成为 Committer 的一个福利是可以免费使用 JetBrains 家的全套付费产品,包括全宇宙最好用的 IntelliJ IDEA (这是笔者当初成为 Committer 的最大动力之一)。

PMC: Committer 再往上走就是 PMC,这个必须由现有 PMC 成员提名。PMC 主要负责保证开源项目的社区活动都能运转良好,包括 Roadmap 的制定,版本的发布,Committer 的提拔。

ASF Member 相当于是基金会的“股东”,有董事会选举的投票权,也可以参与董事会竞选。ASF Member 也有权利决定是否接受一个新项目,主要关注 Apache 基金会本身的发展。ASF Member 通常要从 Contributor, Committer 等这些角色起步,逐步通过行动证明自己后,才可能被接受成为ASF Member。

Apache 社区的成员分类,权限由低到高,像极了我们在公司的晋升路线,一步步往上走。

如何成为 Committer

成为 Apache Committer 并没有一个确切的标准,但是 Committer 的候选人一般都是长期活跃的贡献者。成为 Committer 并没有要求必须有巨大的架构改进贡献,或者多少行的代码贡献。贡献文档、参与邮件列表的讨论、帮助回答问题都是很重要的增加贡献,提升影响力的方式。

所以如何成为 Committer 的问题归根结底还是如何参与贡献,以及如何开始贡献的问题。

成为 Committer 的关键在于持之以恒。不同项目,项目所处的不同阶段,成为 Committer 的难度都不太一样,笔者之前也持续贡献了近一年才有幸成为了 Committer。但是只要能坚持,保持活跃,持续贡献,为项目做的贡献被大家认可后,成为 Committer 也只是时间问题了。

如何参与贡献

参与贡献 Apache 项目有许多途径,包括提Bug,提需求,参与讨论,贡献代码和文档等等。

  1. 订阅开发者邮件列表:dev@flink.apache.org。关注社区动向,参与设计和方案的讨论,大胆地提出你的想法!
  2. 订阅用户邮件列表:user@flink.apache.orguser-zh@flink.apache.org。帮助解答用户问题。
  3. 提Bug和提需求:Flink 使用 JIRA 来管理issue。打开 Flink JIRA 并登录,点击菜单栏中的红色 “Create“ 按钮,创建一个issue。
  4. 贡献代码:可以在 Flink JIRA 中寻找自己感兴趣的 issue,并提交一个 Pull Request(下文会介绍提交一个 PR 的全过程)。如果是新手,建议从 “starter” 标记的 issue 入手。笔者在 Flink 项目的第一个 issue 就是修复了打印日志中的错别字,非常适合于熟悉贡献流程,而且当天就 merge 了,成就感满满。当熟悉了流程之后,建议专注贡献某个模块(如 SQL, DataStream, Runtime),有利于积累影响力。
  5. 贡献文档:文档是一个项目很重要的部分,可以在 JIRA 中寻找并解决文档类的 issue。熟悉中英文的同学可以参与贡献中文翻译,可以搜索 “chinese-translation” 的 issue
  6. 代码审查:Flink 每天都会在 GitHub 上收到很多 Pull Request 。帮助 review 代码也是对社区很重要的贡献。
  7. 还有很多参与贡献的方式,比如帮助测试RC版本,写Flink相关的博客等等。

如何提交第一个 Pull Request

1. 订阅 dev 邮件列表

  1. 用自己的邮箱给 dev-subscribe@flink.apache.org 发送任意邮件。
  2. 收到官方确认邮件。
  3. 回复该邮件,内容随意,表示确认即可。
  4. 确认后,会收到一封欢迎邮件,表示订阅成功。

2. 在 dev 邮件列表中申请 JIRA Contributor 权限

Apache 项目都使用 JIRA 来管理 issue,认领 issue 需要 Contributor 权限。申请权限之前,先在 JIRA 注册一个账号。然后发邮件到 dev 邮件列表(dev@flink.apache.org)申请 Contributor 权限,邮件内容要带上 JIRA 账号 id。例如:

Hi,

I want to contribute to Apache Flink.
Would you please give me the contributor permission?
My JIRA ID is xxxx.

社区的PMC大佬们看到后会第一时间给你权限的。

3. 在 JIRA 中挑选 issue

申请到权限后,就可以在 JIRA 中认领 issue了,推荐从简单的开始做起。例如中文翻译的issue。认领的方式非常简单,在 issue 页面右侧 Assignee 处点击 “Assign to me”,如下图所示。

Tip: 如果感兴趣的 issue 已经被别人认领,但是 Assignee 迟迟没有开始开发。那么可以在 issue 下面友好地询问下是否有时间开发,是否介意重新认领该 issue。

4. 本地开发代码

认领了 issue 后建议尽快开始开发,本地的开发环境建议使用 IntelliJ IDEA。在开发过程中有几个注意点:

  • 分支开发。 从最新的 master 分支切出一个开发分支用于 issue 开发。
  • 单 PR 单改动。 不要在 PR 中混入不相关的改动,不做无关的代码优化,不做无关的代码格式化。如果真有必要,可以另开 JIRA 解决。
  • 保证新代码能被单元测试覆盖到。如果原本的测试用例,无法覆盖到,则需要自己编写对应的单元测试。

5. 创建 pull request

在提交之前,先更新 master 分支,并通过 git rebase -i master 命令,将自己的提交置顶(也可以通过 IDEA > VCS > Git > Rebase 可视化界面来做 rebase)。同时保证自己的提交信息中只有一个 commit,commit message 遵循规范格式。Commit 格式是 “[FLINK-XXX] [YYY] ZZZ”,其中 XXX 是 JIRA ID,YYY 是 component 名字,ZZZ 是 JIRA title。例如 [FLINK-5385] [core] Add a helper method to create Row object

要创建一个 pull request,需要将这个开发分支推到自己 fork 的 Flink 仓库中。并在 fork 仓库页面(https://github.com/<your-user-name>/flink)点击 “Compare & pull request” 或者 “New pull request” 按钮,开始创建一个 PR。确保 base 是 apache/flink master,head 是刚刚的开发分支。另外在编辑框中按提示提供尽可能丰富的PR描述,然后点击 “Create pull request”。

6. 解决 code review 反馈的问题和建议

提交 PR 后会收到修改建议,只需要为这些修改 追加commit 就行,commit message 随意。注意不要 rebase/squash commits。追加 commit 能方便地看出距离上次的改动,而 rebase/squash 会导致 reviewer 不得不从头到尾重新看一遍 diff。

7. Committer merge PR

当 PR 获得 Committer 的 +1 认可后,就可以等待被 merge 到主干分支了。merge 的工作会由 Committer 来完成,Committer 会将你的分支再次 rebase 到最新的master 之上,并将多个 commits 合并成一个,完善 commit 信息,做最后的测试检查,最后会 merge 到 master 。

此时在 Flink 仓库的 commit 历史中就能看到自己的提交信息了。恭喜你成为了 code contributor!

总结

在我看来,成为 Apache Committer 的小窍门有几点:

  1. 把项目看成自己的事情,自发地,有激情地去做贡献
  2. 保持活跃,持续贡献,耐心和平常心都很重要
  3. 专注一个模块,吃透该模块的源码和原理,成为某个模块的专家
  4. 提升个人的代码品位和质量,让他人信任你的代码
  5. 勇敢地在邮件列表中参与讨论

希望通过本文能让大家了解到,成为 Contributor 并没有想象中那么难,成为 Committer 也不是不可能,只要怀有开源的热情,找到自己感兴趣的项目,在开源贡献中成长,持之以恒,付出总会有回报的。

成为 Apache Committer 不仅仅是一种光环和荣誉,更多的是一种责任,代表着社区的信任,期盼着你能为社区做更多的贡献。所以成为 Committer 远不是终点,而是一个更高起点,毕竟 Committer 之上还有 PMC 呢 ;-)。

关注微信公众号 爱解决,更多大牛在线帮你解决问题

十分钟带你了解 Apache Flink 核心技术

Apache Flink 介绍

Apache Flink 是近年来越来越流行的一款开源大数据计算引擎,它同时支持了批处理和流处理,也能用来做一些基于事件的应用。使用官网的一句话来介绍 Flink 就是 “Stateful Computations Over Streams”

首先 Flink 是一个纯流式的计算引擎,它的基本数据模型是数据流。流可以是无边界的无限流,即一般意义上的流处理。也可以是有边界的有限流,这样就是批处理。因此 Flink 用一套架构同时支持了流处理和批处理。其次,Flink 的一个优势是支持有状态的计算。如果处理一个事件(或一条数据)的结果只跟事件本身的内容有关,称为无状态处理;反之结果还和之前处理过的事件有关,称为有状态处理。稍微复杂一点的数据处理,比如说基本的聚合,数据流之间的关联都是有状态处理。

Apache Flink 之所以能越来越受欢迎,我们认为离不开它最重要的四个基石:Checkpoint、State、Time、Window。

首先是Checkpoint机制,这是 Flink 最重要的一个特性。Flink 基于 Chandy-Lamport 算法实现了分布式一致性的快照,从而提供了 exactly-once 的语义。在 Flink 之前的流计算系统(如 Strom,Samza)都没有很好地解决 exactly-once 的问题。提供了一致性的语义之后,Flink 为了让用户在编程时能够更轻松、更容易地去管理状态,引入了托管状态(managed state)并提供了 API 接口,让用户使用起来感觉就像在用 Java 的集合类一样。除此之外,Flink 还实现了 watermark 的机制,解决了基于事件时间处理时的数据乱序和数据迟到的问题。最后,流计算中的计算一般都会基于窗口来计算,所以 Flink 提供了一套开箱即用的窗口操作,包括滚动窗口、滑动窗口、会话窗口,还支持非常灵活的自定义窗口以满足特殊业务的需求。

在 Flink 1.0.0 时期,加入了 State API,即 ValueState、ReducingState、ListState 等等。State API 可以认为是 Flink 里程碑式的创新,它能够让用户像使用 Java 集合一样地使用 Flink State,却能够自动享受到状态的一致性保证,不会因为故障而丢失状态。包括后来 Apache Beam 的 State API 也从中借鉴了很多。

在 Flink 1.1.0 时期,支持了 Session Window 以及迟到数据容忍的功能。

在 Flink 1.2.0 时期,提供了 ProcessFunction,这是一个 Lower-level 的API,用于实现更高级更复杂的功能。它除了能够注册各种类型的 State 外,还支持注册定时器(支持 EventTime 和 ProcessingTime),常用于开发一些基于事件、基于时间的应用程序。

在 Flink 1.3.0 时期,提供了 Side Output 功能。算子的输出一般只有一种输出类型,但是有些时候可能需要输出另外的类型,比如除了输出主流外,还希望把一些异常数据、迟到数据以侧边流的形式进行输出,并分别交给下游不同节点进行处理。简而言之,Side Output 支持了多路输出的功能。

在 Flink 1.5.0 时期,加入了BroadcastState。BroadcastState是对 State API 的一个扩展。它用来存储上游被广播过来的数据,这个 operator 的每个并发上存的BroadcastState里面的数据都是一模一样的,因为它是从上游广播而来的。基于这种State可以比较好地去解决 CEP 中的动态规则的功能,以及 SQL 中不等值Join的场景。

在 Flink 1.6.0 时期,提供了State TTL功能、DataStream Interval Join功能。State TTL实现了在申请某个State时候可以在指定一个生命周期参数(TTL),指定该state过了多久之后需要被系统自动清除。在这个版本之前,如果用户想要实现这种状态清理操作需要使用ProcessFunction注册一个Timer,然后利用Timer的回调手动把这个State清除。从该版本开始,Flink框架可以基于TTL原生地解决这件事情。另外 DataStream Interval Join 功能也叫做 区间Join。例如左流的每一条数据去Join右流前后5分钟之内的数据,这种就是5分钟的区间Join。

在 Flink 1.0.0 时期,Table API (结构化数据处理API)和 CEP(复杂事件处理API)这两个框架被首次加入到仓库中。Table API 是一种结构化的高级 API,支持 Java 语言和 Scala 语言,类似于 Spark 的 DataFrame API。但是当时社区对于 SQL 的需求很大,而 SQL 和 Table API 非常相近,他们都是一种处理结构化数据的语言,实现上可以共用很多内容。所以在 Flink 1.1.0里面,社区基于Apache Calcite对整个 Table 模块做了重构,使得同时支持了 Table API 和 SQL 并共用了大部分代码。

在 Flink 1.2.0 时期,社区在Table API和SQL上支持丰富的内置窗口操作,包括Tumbling Window、Sliding Window、Session Window。

在 Flink 1.3.0 时期,社区首次提出了Dynamic Table这个概念,借助Dynamic Table,流和批之间可以相互进行转换。流可以是一张表,表也可以是一张流,这是流批统一的基础之一。其中Retraction机制是实现Dynamic Table的基础,基于Retraction才能够正确地实现多级Aggregate、多级Join,才能够保证流式 SQL 的语义与结果的正确性。另外,在该版本中还支持了 CEP 算子的可伸缩容(即改变并发)。

在 Flink 1.5.0 时期,在 Table API 和 SQL 上支持了Join操作,包括无限流的 Join 和带窗口的 Join。还添加了 SQL CLI 支持。SQL CLI 提供了一个类似Shell命令的对话框,可以交互式执行查询。

Checkpoint机制在Flink很早期的时候就已经支持,是Flink一个很核心的功能,Flink 社区也一直努力提升 Checkpoint 和 Recovery 的效率。

在 Flink 1.0.0 时期,提供了 RocksDB 状态后端的支持,在这个版本之前所有的状态数据只能存在进程的内存里面,JVM 内存是固定大小的,随着数据越来越多总会发生 FullGC 和 OOM 的问题,所以在生产环境中很难应用起来。如果想要存更多数据、更大的State就要用到 RocksDB。RocksDB是一款基于文件的嵌入式数据库,它会把数据存到磁盘,同时又提供高效的读写性能。所以使用RocksDB不会发生OOM这种事情。

在 Flink 1.1.0 时期,支持了 RocksDB Snapshot 的异步化。在之前的版本,RocksDB 的 Snapshot 过程是同步的,它会阻塞主数据流的处理,很影响吞吐量。在支持异步化之后,吞吐量得到了极大的提升。

在 Flink 1.2.0 时期,通过引入KeyGroup的机制,支持了 KeyedState 和 OperatorState 的可扩缩容。也就是支持了对带状态的流计算任务改变并发的功能。

在 Flink 1.3.0 时期,支持了 Incremental Checkpoint (增量检查点)机制。Incemental Checkpoint 的支持标志着 Flink 流计算任务正式达到了生产就绪状态。增量检查点是每次只将本次 checkpoint 期间新增的状态快照并持久化存储起来。一般流计算任务,GB 级别的状态,甚至 TB 级别的状态是非常常见的,如果每次都把全量的状态都刷到分布式存储中,这个效率和网络代价是很大的。如果每次只刷新增的数据,效率就会高很多。在这个版本里面还引入了细粒度的recovery的功能,细粒度的recovery在做恢复的时候,只需要恢复失败节点的联通子图,不用对整个 Job 进行恢复,这样便能够提高恢复效率。

在 Flink 1.5.0 时期,引入了本地状态恢复的机制。因为基于checkpoint机制,会把State持久化地存储到某个分布式存储,比如HDFS,当发生 failover 的时候需要重新把数据从远程HDFS再下载下来,如果这个状态特别大那么下载耗时就会较长,failover 恢复所花的时间也会拉长。本地状态恢复机制会提前将状态文件在本地也备份一份,当Job发生failover之后,恢复时可以在本地直接恢复,不需从远程HDFS重新下载状态文件,从而提升了恢复的效率。

在 Flink 1.2.0 时期,提供了Async I/O功能。Async I/O 是阿里巴巴贡献给社区的一个呼声非常高的特性,主要目的是为了解决与外部系统交互时网络延迟成为了系统瓶颈的问题。例如,为了关联某些字段需要查询外部 HBase 表,同步的方式是每次查询的操作都是阻塞的,数据流会被频繁的I/O请求卡住。当使用异步I/O之后就可以同时地发起N个异步查询的请求,不会阻塞主数据流,这样便提升了整个job的吞吐量,提升CPU利用率。

在 Flink 1.3.0 时期,引入了HistoryServer的模块。HistoryServer主要功能是当job结束以后,会把job的状态以及信息都进行归档,方便后续开发人员做一些深入排查。

在 Flink 1.4.0 时期,提供了端到端的 exactly-once 的语义保证。Exactly-once 是指每条输入的数据只会作用在最终结果上有且只有一次,即使发生软件或硬件的故障,不会有丢数据或者重复计算发生。而在该版本之前,exactly-once 保证的范围只是 Flink 应用本身,并不包括输出给外部系统的部分。在 failover 时,这就有可能写了重复的数据到外部系统,所以一般会使用幂等的外部系统来解决这个问题。在 Flink 1.4 的版本中,Flink 基于两阶段提交协议,实现了端到端的 exactly-once 语义保证。内置支持了 Kafka 的端到端保证,并提供了 TwoPhaseCommitSinkFunction 供用于实现自定义外部存储的端到端 exactly-once 保证。

在 Flink 1.5.0 时期,Flink 发布了新的部署模型和处理模型(FLIP6)。新部署模型的开发工作已经持续了很久,该模型的实现对Flink核心代码改动特别大,可以说是自 Flink 项目创建以来,Runtime 改动最大的一次。简而言之,新的模型可以在YARN, MESOS调度系统上更好地动态分配资源、动态释放资源,并实现更高的资源利用率,还有提供更好的作业之间的隔离。

除了 FLIP6 的改进,在该版本中,还对网站栈做了重构。重构的原因是在老版本中,上下游多个 task 之间的通信会共享同一个 TCP connection,导致某一个 task 发生反压时,所有共享该连接的 task 都会被阻塞,反压的粒度是 TCP connection 级别的。为了改进反压机制,Flink应用了在解决网络拥塞时一种经典的流控方法——基于Credit的流量控制。使得流控的粒度精细到具体某个 task 级别,有效缓解了反压对吞吐量的影响。

总结

Flink 同时支持了流处理和批处理,目前流计算的模型已经相对比较成熟和领先,也经历了各个公司大规模生产的验证。社区在接下来将继续加强流计算方面的性能和功能,包括对 Flink SQL 扩展更丰富的功能和引入更多的优化。另一方面也将加大力量提升批处理、机器学习等生态上的能力。

关注微信公众号 爱解决,更多技术大牛帮你解决问题!

Java开发中的23种设计模式详解

【放弃了原文访问者模式的Demo,自己写了一个新使用场景的Demo,加上了自己的理解】

      【源码地址:https://github.com/leon66666/DesignPattern

      一、设计模式的分类

      总体来说设计模式分为三大类:

      创建型模式,共五种:工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

      结构型模式,共七种:适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

      行为型模式,共十一种:策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

      其实还有两类:并发型模式和线程池模式。用一个图片来整体描述一下:

      二、设计模式的六大原则

      1、开闭原则(Open Close Principle)

      开闭原则就是说对扩展开放,对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候,不能去修改原有的代码,实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是:为了使程序的扩展性好,易于维护和升级。想要达到这样的效果,我们需要使用接口和抽象类,后面的具体设计中我们会提到这点。

      2、里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)

      里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石,只有当衍生类可以替换掉基类,软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。—— From Baidu 百科

      3、依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)

      这个是开闭原则的基础,具体内容:真对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。

      4、接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

      这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思,从这儿我们看出,其实设计模式就是一个软件的设计思想,从大型软件架构出发,为了升级和维护方便。所以上文中多次出现:降低依赖,降低耦合。

      5、迪米特法则(最少知道原则)(Demeter Principle)

      为什么叫最少知道原则,就是说:一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用,使得系统功能模块相对独立。

      6、合成复用原则(Composite Reuse Principle)

      原则是尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。

      三、Java的23中设计模式

      从这一块开始,我们详细介绍Java中23种设计模式的概念,应用场景等情况,并结合他们的特点及设计模式的原则进行分析。

      1、工厂方法模式(Factory Method)

      工厂方法模式分为三种:

      11、普通工厂模式,就是建立一个工厂类,对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。首先看下关系图:

      举例如下:(我们举一个发送邮件和短信的例子)

      首先,创建二者的共同接口:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Sender {  
  2.       public void Send();  
  3.       }  

      其次,创建实现类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class MailSender implements Sender {  
  2.       @Override  
  3.       public void Send() {  
  4.       System.out.println(“this is mailsender!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class SmsSender implements Sender {  
  2.       @Override  
  3.       public void Send() {  
  4.       System.out.println(“this is sms sender!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      最后,建工厂类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class SendFactory {  
  2.       public Sender produce(String type) {  
  3.       if (“mail”.equals(type)) {  
  4.       return new MailSender();  
  5.       } else if (“sms”.equals(type)) {  
  6.       return new SmsSender();  
  7.       } else {  
  8.       System.out.println(“请输入正确的类型!”);  
  9.       return null;  
  10.       }  
  11.       }  
  12.       }  

      我们来测试下:

  1.       public class FactoryTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       SendFactory factory = new SendFactory();  
  4.       Sender sender = factory.produce(“sms”);  
  5.       sender.Send();  
  6.       }  
  7.       }  

      输出:this is sms sender!

      22、多个工厂方法模式,是对普通工厂方法模式的改进,在普通工厂方法模式中,如果传递的字符串出错,则不能正确创建对象,而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法,分别创建对象。关系图:

      将上面的代码做下修改,改动下SendFactory类就行,如下:

      [java] view plaincopypublic class SendFactory {  

      public Sender produceMail(){  

  1.       return new MailSender();  
  2.       }  
  3.       public Sender produceSms(){  
  4.       return new SmsSender();  
  5.       }  
  6.       }  

      测试类如下:

      [java] view plaincopy

  1.       public class FactoryTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       SendFactory factory = new SendFactory();  
  4.       Sender sender = factory.produceMail();  
  5.       sender.Send();  
  6.       }  
  7.       }  

      输出:this is mailsender!

      33、静态工厂方法模式,将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的,不需要创建实例,直接调用即可。

      [java] view plaincopy

  1.       public class SendFactory {  
  2.       public static Sender produceMail(){  
  3.       return new MailSender();  
  4.       }  
  5.       public static Sender produceSms(){  
  6.       return new SmsSender();  
  7.       }  
  8.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class FactoryTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {      
  3.       Sender sender = SendFactory.produceMail();  
  4.       sender.Send();  
  5.       }  
  6.       }  

      输出:this is mailsender!

      总体来说,工厂模式适合:凡是出现了大量的产品需要创建,并且具有共同的接口时,可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中,第一种如果传入的字符串有误,不能正确创建对象,第三种相对于第二种,不需要实例化工厂类,所以,大多数情况下,我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

      2、抽象工厂模式(Abstract Factory)

      工厂方法模式有一个问题就是,类的创建依赖工厂类,也就是说,如果想要拓展程序,必须对工厂类进行修改,这违背了闭包原则,所以,从设计角度考虑,有一定的问题,如何解决?就用到抽象工厂模式,创建多个工厂类,这样一旦需要增加新的功能,直接增加新的工厂类就可以了,不需要修改之前的代码。因为抽象工厂不太好理解,我们先看看图,然后就和代码,就比较容易理解。

      请看例子:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Sender {  
  2.       public void Send();  
  3.       }  

      两个实现类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class MailSender implements Sender {  
  2.       @Override  
  3.       public void Send() {  
  4.       System.out.println(“this is mailsender!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class SmsSender implements Sender {  
  2.       @Override  
  3.       public void Send() {  
  4.       System.out.println(“this is sms sender!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      两个工厂类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class SendMailFactory implements Provider {  
  2.       @Override  
  3.       public Sender produce(){  
  4.       return new MailSender();  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class SendSmsFactory implements Provider{  
  2.       @Override  
  3.       public Sender produce() {  
  4.       return new SmsSender();  
  5.       }  
  6.       }  

      在提供一个接口:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Provider {  
  2.       public Sender produce();  
  3.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Provider provider = new SendMailFactory();  
  4.       Sender sender = provider.produce();  
  5.       sender.Send();  
  6.       }  
  7.       }  

      其实这个模式的好处就是,如果你现在想增加一个功能:发及时信息,则只需做一个实现类,实现Sender接口,同时做一个工厂类,实现Provider接口,就OK了,无需去改动现成的代码。这样做,拓展性较好!

      3、单例模式(Singleton)

      单例对象(Singleton)是一种常用的设计模式。在Java应用中,单例对象能保证在一个JVM中,该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处:

      1、某些类创建比较频繁,对于一些大型的对象,这是一笔很大的系统开销。

      2、省去了new操作符,降低了系统内存的使用频率,减轻GC压力。

      3、有些类如交易所的核心交易引擎,控制着交易流程,如果该类可以创建多个的话,系统完全乱了。(比如一个军队出现了多个司令员同时指挥,肯定会乱成一团),所以只有使用单例模式,才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

      首先我们写一个简单的单例类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Singleton {  
  2.       /* 持有私有静态实例,防止被引用,此处赋值为null,目的是实现延迟加载 */  
  3.       private static Singleton instance = null;  
  4.       /* 私有构造方法,防止被实例化 */  
  5.       private Singleton() {  
  6.       }  
  7.       /* 静态工程方法,创建实例 */  
  8.       public static Singleton getInstance() {  
  9.       if (instance == null) {  
  10.       instance = new Singleton();  
  11.       }  
  12.       return instance;  
  13.       }  
  14.       /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
  15.       public Object readResolve() {  
  16.       return instance;  
  17.       }  
  18.       }  

      这个类可以满足基本要求,但是,像这样毫无线程安全保护的类,如果我们把它放入多线程的环境下,肯定就会出现问题了,如何解决?我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字,如下:

      [java] view plaincopy

  1.       public static synchronized Singleton getInstance() {  
  2.       if (instance == null) {  
  3.       instance = new Singleton();  
  4.       }  
  5.       return instance;  
  6.       }  

      但是,synchronized关键字锁住的是这个对象,这样的用法,在性能上会有所下降,因为每次调用getInstance(),都要对对象上锁,事实上,只有在第一次创建对象的时候需要加锁,之后就不需要了,所以,这个地方需要改进。我们改成下面这个:

      [java] view plaincopy

  1.       public static Singleton getInstance() {  
  2.       if (instance == null) {  
  3.       synchronized (instance) {  
  4.       if (instance == null) {  
  5.       instance = new Singleton();  
  6.       }  
  7.       }  
  8.       }  
  9.       return instance;  
  10.       }  

      似乎解决了之前提到的问题,将synchronized关键字加在了内部,也就是说当调用的时候是不需要加锁的,只有在instance为null,并创建对象的时候才需要加锁,性能有一定的提升。但是,这样的情况,还是有可能有问题的,看下面的情况:在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的,也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序,也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间,然后直接赋值给instance成员,然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了,我们以A、B两个线程为例:

      a>A、B线程同时进入了第一个if判断

      b>A首先进入synchronized块,由于instance为null,所以它执行instance = new Singleton();

      c>由于JVM内部的优化机制,JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存,并赋值给instance成员(注意此时JVM没有开始初始化这个实例),然后A离开了synchronized块。

      d>B进入synchronized块,由于instance此时不是null,因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

      e>此时B线程打算使用Singleton实例,却发现它没有被初始化,于是错误发生了。

      所以程序还是有可能发生错误,其实程序在运行过程是很复杂的,从这点我们就可以看出,尤其是在写多线程环境下的程序更有难度,有挑战性。我们对该程序做进一步优化:

      [java] view plaincopy

  1.       private static class SingletonFactory{           
  2.       private static Singleton instance = new Singleton();           
  3.       }           
  4.       public static Singleton getInstance(){           
  5.       return SingletonFactory.instance;           
  6.       }   

      实际情况是,单例模式使用内部类来维护单例的实现,JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候,这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候,JVM能够帮我们保证instance只被创建一次,并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕,这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制,这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Singleton {  
  2.       /* 私有构造方法,防止被实例化 */  
  3.       private Singleton() {  
  4.       }  
  5.       /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
  6.       private static class SingletonFactory {  
  7.       private static Singleton instance = new Singleton();  
  8.       }  
  9.       /* 获取实例 */  
  10.       public static Singleton getInstance() {  
  11.       return SingletonFactory.instance;  
  12.       }  
  13.       /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
  14.       public Object readResolve() {  
  15.       return getInstance();  
  16.       }  
  17.       }  

      其实说它完美,也不一定,如果在构造函数中抛出异常,实例将永远得不到创建,也会出错。所以说,十分完美的东西是没有的,我们只能根据实际情况,选择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现:因为我们只需要在创建类的时候进行同步,所以只要将创建和getInstance()分开,单独为创建加synchronized关键字,也是可以的:

      [java] view plaincopy

  1.       public class SingletonTest {  
  2.       private static SingletonTest instance = null;  
  3.       private SingletonTest() {  
  4.       }  
  5.       private static synchronized void syncInit() {  
  6.       if (instance == null) {  
  7.       instance = new SingletonTest();  
  8.       }  
  9.       }  
  10.       public static SingletonTest getInstance() {  
  11.       if (instance == null) {  
  12.       syncInit();  
  13.       }  
  14.       return instance;  
  15.       }  
  16.       }  

      考虑性能的话,整个程序只需创建一次实例,所以性能也不会有什么影响。

      补充:采用”影子实例”的办法为单例对象的属性同步更新

      [java] view plaincopy

  1.       public class SingletonTest {  
  2.       private static SingletonTest instance = null;  
  3.       private Vector properties = null;  
  4.       public Vector getProperties() {  
  5.       return properties;  
  6.       }  
  7.       private SingletonTest() {  
  8.       }  
  9.       private static synchronized void syncInit() {  
  10.       if (instance == null) {  
  11.       instance = new SingletonTest();  
  12.       }  
  13.       }  
  14.       public static SingletonTest getInstance() {  
  15.       if (instance == null) {  
  16.       syncInit();  
  17.       }  
  18.       return instance;  
  19.       }  
  20.       public void updateProperties() {  
  21.       SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
  22.       properties = shadow.getProperties();  
  23.       }  
  24.       }  

      通过单例模式的学习告诉我们:

      1、单例模式理解起来简单,但是具体实现起来还是有一定的难度。

      2、synchronized关键字锁定的是对象,在用的时候,一定要在恰当的地方使用(注意需要使用锁的对象和过程,可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁)。

      到这儿,单例模式基本已经讲完了,结尾处,笔者突然想到另一个问题,就是采用类的静态方法,实现单例模式的效果,也是可行的,此处二者有什么不同?

      首先,静态类不能实现接口。(从类的角度说是可以的,但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法,所以即使实现了也是非静态的)

      其次,单例可以被延迟初始化,静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载,是因为有些类比较庞大,所以延迟加载有助于提升性能。

      再次,单例类可以被继承,他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static,无法被覆写。

      最后一点,单例类比较灵活,毕竟从实现上只是一个普通的Java类,只要满足单例的基本需求,你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能,但是静态类不行。从上面这些概括中,基本可以看出二者的区别,但是,从另一方面讲,我们上面最后实现的那个单例模式,内部就是用一个静态类来实现的,所以,二者有很大的关联,只是我们考虑问题的层面不同罢了。两种思想的结合,才能造就出完美的解决方案,就像HashMap采用数组+链表来实现一样,其实生活中很多事情都是这样,单用不同的方法来处理问题,总是有优点也有缺点,最完美的方法是,结合各个方法的优点,才能最好的解决问题!

      4、建造者模式(Builder)

      工厂类模式提供的是创建单个类的模式,而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理,用来创建复合对象,所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性,其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来得到的。我们看一下代码:

      还和前面一样,一个Sender接口,两个实现类MailSender和SmsSender。最后,建造者类如下:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Builder {  
  2.       private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();  
  3.       public void produceMailSender(int count){  
  4.       for(int i=0; i<count; i++){  
  5.       list.add(new MailSender());  
  6.       }  
  7.       }  
  8.       public void produceSmsSender(int count){  
  9.       for(int i=0; i<count; i++){  
  10.       list.add(new SmsSender());  
  11.       }  
  12.       }  
  13.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Builder builder = new Builder();  
  4.       builder.produceMailSender(10);  
  5.       }  
  6.       }  

      从这点看出,建造者模式将很多功能集成到一个类里,这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工程模式的区别就是:工厂模式关注的是创建单个产品,而建造者模式则关注创建符合对象,多个部分。因此,是选择工厂模式还是建造者模式,依实际情况而定。

      5、原型模式(Prototype)

      原型模式虽然是创建型的模式,但是与工程模式没有关系,从名字即可看出,该模式的思想就是将一个对象作为原型,对其进行复制、克隆,产生一个和原对象类似的新对象。本小结会通过对象的复制,进行讲解。在Java中,复制对象是通过clone()实现的,先创建一个原型类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Prototype implements Cloneable {  
  2.       public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  3.       Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
  4.       return proto;  
  5.       }  
  6.       }  

      很简单,一个原型类,只需要实现Cloneable接口,覆写clone方法,此处clone方法可以改成任意的名称,因为Cloneable接口是个空接口,你可以任意定义实现类的方法名,如cloneA或者cloneB,因为此处的重点是super.clone()这句话,super.clone()调用的是Object的clone()方法,而在Object类中,clone()是native的,具体怎么实现,我会在另一篇文章中,关于解读Java中本地方法的调用,此处不再深究。在这儿,我将结合对象的浅复制和深复制来说一下,首先需要了解对象深、浅复制的概念:

      浅复制:将一个对象复制后,基本数据类型的变量都会重新创建,而引用类型,指向的还是原对象所指向的。

      深复制:将一个对象复制后,不论是基本数据类型还有引用类型,都是重新创建的。简单来说,就是深复制进行了完全彻底的复制,而浅复制不彻底。

      此处,写一个深浅复制的例子:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  
  2.       private static final long serialVersionUID = 1L;  
  3.       private String string;  
  4.       private SerializableObject obj;  
  5.       /* 浅复制 */  
  6.       public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
  7.       Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
  8.       return proto;  
  9.       }  
  10.       /* 深复制 */  
  11.       public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
  12.       /* 写入当前对象的二进制流 */  
  13.       ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
  14.       ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
  15.       oos.writeObject(this);  
  16.       /* 读出二进制流产生的新对象 */  
  17.       ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  
  18.       ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  
  19.       return ois.readObject();  
  20.       }  
  21.       public String getString() {  
  22.       return string;  
  23.       }  
  24.       public void setString(String string) {  
  25.       this.string = string;  
  26.       }  
  27.       public SerializableObject getObj() {  
  28.       return obj;  
  29.       }  
  30.       public void setObj(SerializableObject obj) {  
  31.       this.obj = obj;  
  32.       }  
  33.       }  
  34.       class SerializableObject implements Serializable {  
  35.       private static final long serialVersionUID = 1L;  
  36.       }  

      要实现深复制,需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入,再写出二进制数据对应的对象。

      我们接着讨论设计模式,上篇文章我讲完了5种创建型模式,这章开始,我将讲下7种结构型模式:适配器模式、装饰模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。其中对象的适配器模式是各种模式的起源,我们看下面的图:

      适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示,目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类:类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。首先,我们来看看类的适配器模式,先看类图:

      核心思想就是:有一个Source类,拥有一个方法,待适配,目标接口时Targetable,通过Adapter类,将Source的功能扩展到Targetable里,看代码:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Source {  
  2.       public void method1() {  
  3.       System.out.println(“this is original method!”);  
  4.       }  
  5.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Targetable {  
  2.       /* 与原类中的方法相同 */  
  3.       public void method1();  
  4.       /* 新类的方法 */  
  5.       public void method2();  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Adapter extends Source implements Targetable {  
  2.       @Override  
  3.       public void method2() {  
  4.       System.out.println(“this is the targetable method!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      Adapter类继承Source类,实现Targetable接口,下面是测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class AdapterTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Targetable target = new Adapter();  
  4.       target.method1();  
  5.       target.method2();  
  6.       }  
  7.       }  

      输出:

      this is original method!
      this is the targetable method!

      这样Targetable接口的实现类就具有了Source类的功能。

      对象的适配器模式

      基本思路和类的适配器模式相同,只是将Adapter类作修改,这次不继承Source类,而是持有Source类的实例,以达到解决兼容性的问题。看图:

      只需要修改Adapter类的源码即可:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Wrapper implements Targetable {  
  2.       private Source source;  
  3.       public Wrapper(Source source){  
  4.       super();  
  5.       this.source = source;  
  6.       }  
  7.       @Override  
  8.       public void method2() {  
  9.       System.out.println(“this is the targetable method!”);  
  10.       }  
  11.       @Override  
  12.       public void method1() {  
  13.       source.method1();  
  14.       }  
  15.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class AdapterTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Source source = new Source();  
  4.       Targetable target = new Wrapper(source);  
  5.       target.method1();  
  6.       target.method2();  
  7.       }  
  8.       }  

      输出与第一种一样,只是适配的方法不同而已。

      第三种适配器模式是接口的适配器模式,接口的适配器是这样的:有时我们写的一个接口中有多个抽象方法,当我们写该接口的实现类时,必须实现该接口的所有方法,这明显有时比较浪费,因为并不是所有的方法都是我们需要的,有时只需要某一些,此处为了解决这个问题,我们引入了接口的适配器模式,借助于一个抽象类,该抽象类实现了该接口,实现了所有的方法,而我们不和原始的接口打交道,只和该抽象类取得联系,所以我们写一个类,继承该抽象类,重写我们需要的方法就行。看一下类图:

      这个很好理解,在实际开发中,我们也常会遇到这种接口中定义了太多的方法,以致于有时我们在一些实现类中并不是都需要。看代码:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Sourceable {  
  2.       public void method1();  
  3.       public void method2();  
  4.       }  

      抽象类Wrapper2:

      [java] view plaincopy

  1.       public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  
  2.       public void method1(){}  
  3.       public void method2(){}  
  4.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  
  2.       public void method1(){  
  3.       System.out.println(“the sourceable interface’s first Sub1!”);  
  4.       }  
  5.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  
  2.       public void method2(){  
  3.       System.out.println(“the sourceable interface’s second Sub2!”);  
  4.       }  
  5.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class WrapperTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Sourceable source1 = new SourceSub1();  
  4.       Sourceable source2 = new SourceSub2();  
  5.       source1.method1();  
  6.       source1.method2();  
  7.       source2.method1();  
  8.       source2.method2();  
  9.       }  
  10.       }  

      测试输出:

      the sourceable interface’s first Sub1!
      the sourceable interface’s second Sub2!

      达到了我们的效果!

      讲了这么多,总结一下三种适配器模式的应用场景:

      类的适配器模式:当希望将一个类转换成满足另一个新接口的类时,可以使用类的适配器模式,创建一个新类,继承原有的类,实现新的接口即可。

      对象的适配器模式:当希望将一个对象转换成满足另一个新接口的对象时,可以创建一个Wrapper类,持有原类的一个实例,在Wrapper类的方法中,调用实例的方法就行。

      接口的适配器模式:当不希望实现一个接口中所有的方法时,可以创建一个抽象类Wrapper,实现所有方法,我们写别的类的时候,继承抽象类即可。

      7、装饰模式(Decorator)

      顾名思义,装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能,而且是动态的,要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口,装饰对象持有被装饰对象的实例,关系图如下:

      Source类是被装饰类,Decorator类是一个装饰类,可以为Source类动态的添加一些功能,代码如下:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Sourceable {  
  2.       public void method();  
  3.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Source implements Sourceable {  
  2.       @Override  
  3.       public void method() {  
  4.       System.out.println(“the original method!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Decorator implements Sourceable {  
  2.       private Sourceable source;  
  3.       public Decorator(Sourceable source){  
  4.       super();  
  5.       this.source = source;  
  6.       }  
  7.       @Override  
  8.       public void method() {  
  9.       System.out.println(“before decorator!”);  
  10.       source.method();  
  11.       System.out.println(“after decorator!”);  
  12.       }  
  13.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class DecoratorTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Sourceable source = new Source();  
  4.       Sourceable obj = new Decorator(source);  
  5.       obj.method();  
  6.       }  
  7.       }  

      输出:

      before decorator!
      the original method!
      after decorator!

      装饰器模式的应用场景:

      1、需要扩展一个类的功能。

      2、动态的为一个对象增加功能,而且还能动态撤销。(继承不能做到这一点,继承的功能是静态的,不能动态增删。)

      缺点:产生过多相似的对象,不易排错!

      8、代理模式(Proxy)

      其实每个模式名称就表明了该模式的作用,代理模式就是多一个代理类出来,替原对象进行一些操作,比如我们在租房子的时候回去找中介,为什么呢?因为你对该地区房屋的信息掌握的不够全面,希望找一个更熟悉的人去帮你做,此处的代理就是这个意思。再如我们有的时候打官司,我们需要请律师,因为律师在法律方面有专长,可以替我们进行操作,表达我们的想法。先来看看关系图:

      根据上文的阐述,代理模式就比较容易的理解了,我们看下代码:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Sourceable {  
  2.       public void method();  
  3.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Source implements Sourceable {  
  2.       @Override  
  3.       public void method() {  
  4.       System.out.println(“the original method!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Proxy implements Sourceable {  
  2.       private Source source;  
  3.       public Proxy(){  
  4.       super();  
  5.       this.source = new Source();  
  6.       }  
  7.       @Override  
  8.       public void method() {  
  9.       before();  
  10.       source.method();  
  11.       atfer();  
  12.       }  
  13.       private void atfer() {  
  14.       System.out.println(“after proxy!”);  
  15.       }  
  16.       private void before() {  
  17.       System.out.println(“before proxy!”);  
  18.       }  
  19.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class ProxyTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Sourceable source = new Proxy();  
  4.       source.method();  
  5.       }  
  6.       }  

      输出:

      before proxy!
      the original method!
      after proxy!

      代理模式的应用场景:

      如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进,此时有两种办法:

      1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放,对修改关闭”的原则。

      2、就是采用一个代理类调用原有的方法,且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。

      使用代理模式,可以将功能划分的更加清晰,有助于后期维护!

      9、外观模式(Facade)

      外观模式是为了解决类与类之家的依赖关系的,像spring一样,可以将类和类之间的关系配置到配置文件中,而外观模式就是将他们的关系放在一个Facade类中,降低了类类之间的耦合度,该模式中没有涉及到接口,看下类图:(我们以一个计算机的启动过程为例)

      我们先看下实现类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class CPU {  
  2.       public void startup(){  
  3.       System.out.println(“cpu startup!”);  
  4.       }  
  5.       public void shutdown(){  
  6.       System.out.println(“cpu shutdown!”);  
  7.       }  
  8.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Memory {  
  2.       public void startup(){  
  3.       System.out.println(“memory startup!”);  
  4.       }  
  5.       public void shutdown(){  
  6.       System.out.println(“memory shutdown!”);  
  7.       }  
  8.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Disk {  
  2.       public void startup(){  
  3.       System.out.println(“disk startup!”);  
  4.       }  
  5.       public void shutdown(){  
  6.       System.out.println(“disk shutdown!”);  
  7.       }  
  8.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Computer {  
  2.       private CPU cpu;  
  3.       private Memory memory;  
  4.       private Disk disk;  
  5.       public Computer(){  
  6.       cpu = new CPU();  
  7.       memory = new Memory();  
  8.       disk = new Disk();  
  9.       }  
  10.       public void startup(){  
  11.       System.out.println(“start the computer!”);  
  12.       cpu.startup();  
  13.       memory.startup();  
  14.       disk.startup();  
  15.       System.out.println(“start computer finished!”);  
  16.       }  
  17.       public void shutdown(){  
  18.       System.out.println(“begin to close the computer!”);  
  19.       cpu.shutdown();  
  20.       memory.shutdown();  
  21.       disk.shutdown();  
  22.       System.out.println(“computer closed!”);  
  23.       }  
  24.       }  

      User类如下:

      [java] view plaincopy

  1.       public class User {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Computer computer = new Computer();  
  4.       computer.startup();  
  5.       computer.shutdown();  
  6.       }  
  7.       }  

      输出:

      start the computer!
      cpu startup!
      memory startup!
      disk startup!
      start computer finished!
      begin to close the computer!
      cpu shutdown!
      memory shutdown!
      disk shutdown!
      computer closed!

      如果我们没有Computer类,那么,CPU、Memory、Disk他们之间将会相互持有实例,产生关系,这样会造成严重的依赖,修改一个类,可能会带来其他类的修改,这不是我们想要看到的,有了Computer类,他们之间的关系被放在了Computer类里,这样就起到了解耦的作用,这,就是外观模式!

      10、桥接模式(Bridge)

      桥接模式就是把事物和其具体实现分开,使他们可以各自独立的变化。桥接的用意是:将抽象化与实现化解耦,使得二者可以独立变化,像我们常用的JDBC桥DriverManager一样,JDBC进行连接数据库的时候,在各个数据库之间进行切换,基本不需要动太多的代码,甚至丝毫不用动,原因就是JDBC提供统一接口,每个数据库提供各自的实现,用一个叫做数据库驱动的程序来桥接就行了。我们来看看关系图:

      实现代码:

      先定义接口:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Sourceable {  
  2.       public void method();  
  3.       }  

      分别定义两个实现类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class SourceSub1 implements Sourceable {  
  2.       @Override  
  3.       public void method() {  
  4.       System.out.println(“this is the first sub!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class SourceSub2 implements Sourceable {  
  2.       @Override  
  3.       public void method() {  
  4.       System.out.println(“this is the second sub!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      定义一个桥,持有Sourceable的一个实例:

      [java] view plaincopy

  1.       public abstract class Bridge {  
  2.       private Sourceable source;  
  3.       public void method(){  
  4.       source.method();  
  5.       }  
  6.       public Sourceable getSource() {  
  7.       return source;  
  8.       }  
  9.       public void setSource(Sourceable source) {  
  10.       this.source = source;  
  11.       }  
  12.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class MyBridge extends Bridge {  
  2.       public void method(){  
  3.       getSource().method();  
  4.       }  
  5.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class BridgeTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Bridge bridge = new MyBridge();  
  4.       /*调用第一个对象*/  
  5.       Sourceable source1 = new SourceSub1();  
  6.       bridge.setSource(source1);  
  7.       bridge.method();  
  8.       /*调用第二个对象*/  
  9.       Sourceable source2 = new SourceSub2();  
  10.       bridge.setSource(source2);  
  11.       bridge.method();  
  12.       }  
  13.       }  

      output:

      this is the first sub!
      this is the second sub!

      这样,就通过对Bridge类的调用,实现了对接口Sourceable的实现类SourceSub1和SourceSub2的调用。接下来我再画个图,大家就应该明白了,因为这个图是我们JDBC连接的原理,有数据库学习基础的,一结合就都懂了。

      11、组合模式(Composite)

      组合模式有时又叫部分-整体模式在处理类似树形结构的问题时比较方便,看看关系图:

      直接来看代码:

      [java] view plaincopy

  1.       public class TreeNode {  
  2.       private String name;  
  3.       private TreeNode parent;  
  4.       private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();  
  5.       public TreeNode(String name){  
  6.       this.name = name;  
  7.       }  
  8.       public String getName() {  
  9.       return name;  
  10.       }  
  11.       public void setName(String name) {  
  12.       this.name = name;  
  13.       }  
  14.       public TreeNode getParent() {  
  15.       return parent;  
  16.       }  
  17.       public void setParent(TreeNode parent) {  
  18.       this.parent = parent;  
  19.       }  
  20.       //添加孩子节点  
  21.       public void add(TreeNode node){  
  22.       children.add(node);  
  23.       }  
  24.       //删除孩子节点  
  25.       public void remove(TreeNode node){  
  26.       children.remove(node);  
  27.       }  
  28.       //取得孩子节点  
  29.       public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  
  30.       return children.elements();  
  31.       }  
  32.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Tree {  
  2.       TreeNode root = null;  
  3.       public Tree(String name) {  
  4.       root = new TreeNode(name);  
  5.       }  
  6.       public static void main(String[] args) {  
  7.       Tree tree = new Tree(“A”);  
  8.       TreeNode nodeB = new TreeNode(“B”);  
  9.       TreeNode nodeC = new TreeNode(“C”);  
  10.       nodeB.add(nodeC);  
  11.       tree.root.add(nodeB);  
  12.       System.out.println(“build the tree finished!”);  
  13.       }  
  14.       }  

      使用场景:将多个对象组合在一起进行操作,常用于表示树形结构中,例如二叉树,数等。

      12、享元模式(Flyweight)

      享元模式的主要目的是实现对象的共享,即共享池,当系统中对象多的时候可以减少内存的开销,通常与工厂模式一起使用。

      FlyWeightFactory负责创建和管理享元单元,当一个客户端请求时,工厂需要检查当前对象池中是否有符合条件的对象,如果有,就返回已经存在的对象,如果没有,则创建一个新对象,FlyWeight是超类。一提到共享池,我们很容易联想到Java里面的JDBC连接池,想想每个连接的特点,我们不难总结出:适用于作共享的一些个对象,他们有一些共有的属性,就拿数据库连接池来说,url、driverClassName、username、password及dbname,这些属性对于每个连接来说都是一样的,所以就适合用享元模式来处理,建一个工厂类,将上述类似属性作为内部数据,其它的作为外部数据,在方法调用时,当做参数传进来,这样就节省了空间,减少了实例的数量。

      看个例子:

      看下数据库连接池的代码:

      [java] view plaincopy

  1.       public class ConnectionPool {  
  2.       private Vector<Connection> pool;  
  3.       /*公有属性*/  
  4.       private String url = “jdbc:mysql://localhost:3306/test”;  
  5.       private String username = “root”;  
  6.       private String password = “root”;  
  7.       private String driverClassName = “com.mysql.jdbc.Driver”;  
  8.       private int poolSize = 100;  
  9.       private static ConnectionPool instance = null;  
  10.       Connection conn = null;  
  11.       /*构造方法,做一些初始化工作*/  
  12.       private ConnectionPool() {  
  13.       pool = new Vector<Connection>(poolSize);  
  14.       for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  
  15.       try {  
  16.       Class.forName(driverClassName);  
  17.       conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
  18.       pool.add(conn);  
  19.       } catch (ClassNotFoundException e) {  
  20.       e.printStackTrace();  
  21.       } catch (SQLException e) {  
  22.       e.printStackTrace();  
  23.       }  
  24.       }  
  25.       }  
  26.       /* 返回连接到连接池 */  
  27.       public synchronized void release() {  
  28.       pool.add(conn);  
  29.       }  
  30.       /* 返回连接池中的一个数据库连接 */  
  31.       public synchronized Connection getConnection() {  
  32.       if (pool.size() > 0) {  
  33.       Connection conn = pool.get(0);  
  34.       pool.remove(conn);  
  35.       return conn;  
  36.       } else {  
  37.       return null;  
  38.       }  
  39.       }  
  40.       }  

      通过连接池的管理,实现了数据库连接的共享,不需要每一次都重新创建连接,节省了数据库重新创建的开销,提升了系统的性能!本章讲解了7种结构型模式,因为篇幅的问题,剩下的11种行为型模式,

      本章是关于设计模式的最后一讲,会讲到第三种设计模式——行为型模式,共11种:策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。这段时间一直在写关于设计模式的东西,终于写到一半了,写博文是个很费时间的东西,因为我得为读者负责,不论是图还是代码还是表述,都希望能尽量写清楚,以便读者理解,我想不论是我还是读者,都希望看到高质量的博文出来,从我本人出发,我会一直坚持下去,不断更新,源源动力来自于读者朋友们的不断支持,我会尽自己的努力,写好每一篇文章!希望大家能不断给出意见和建议,共同打造完美的博文!

      先来张图,看看这11中模式的关系:

      第一类:通过父类与子类的关系进行实现。第二类:两个类之间。第三类:类的状态。第四类:通过中间类

      13、策略模式(strategy)

      策略模式定义了一系列算法,并将每个算法封装起来,使他们可以相互替换,且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口,为一系列实现类提供统一的方法,多个实现类实现该接口,设计一个抽象类(可有可无,属于辅助类),提供辅助函数,关系图如下:

      图中ICalculator提供同意的方法,
      AbstractCalculator是辅助类,提供辅助方法,接下来,依次实现下每个类:

      首先统一接口:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface ICalculator {  
  2.       public int calculate(String exp);  
  3.       }  

      辅助类:

      [java] view plaincopy

  1.       public abstract class AbstractCalculator {  
  2.       public int[] split(String exp,String opt){  
  3.       String array[] = exp.split(opt);  
  4.       int arrayInt[] = new int[2];  
  5.       arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  
  6.       arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  
  7.       return arrayInt;  
  8.       }  
  9.       }  

      三个实现类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
  2.       @Override  
  3.       public int calculate(String exp) {  
  4.       int arrayInt[] = split(exp,”\\+”);  
  5.       return arrayInt[0]+arrayInt[1];  
  6.       }  
  7.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
  2.       @Override  
  3.       public int calculate(String exp) {  
  4.       int arrayInt[] = split(exp,”-“);  
  5.       return arrayInt[0]-arrayInt[1];  
  6.       }  
  7.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Multiply extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
  2.       @Override  
  3.       public int calculate(String exp) {  
  4.       int arrayInt[] = split(exp,”\\*”);  
  5.       return arrayInt[0]*arrayInt[1];  
  6.       }  
  7.       }  

      简单的测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class StrategyTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       String exp = “2+8”;  
  4.       ICalculator cal = new Plus();  
  5.       int result = cal.calculate(exp);  
  6.       System.out.println(result);  
  7.       }  
  8.       }  

      输出:10

      策略模式的决定权在用户,系统本身提供不同算法的实现,新增或者删除算法,对各种算法做封装。因此,策略模式多用在算法决策系统中,外部用户只需要决定用哪个算法即可。

      14、模板方法模式(Template Method)

      解释一下模板方法模式,就是指:一个抽象类中,有一个主方法,再定义1…n个方法,可以是抽象的,也可以是实际的方法,定义一个类,继承该抽象类,重写抽象方法,通过调用抽象类,实现对子类的调用,先看个关系图:

      就是在AbstractCalculator类中定义一个主方法calculate,calculate()调用spilt()等,Plus和Minus分别继承AbstractCalculator类,通过对AbstractCalculator的调用实现对子类的调用,看下面的例子:

      [java] view plaincopy

  1.       public abstract class AbstractCalculator {  
  2.       /*主方法,实现对本类其它方法的调用*/  
  3.       public final int calculate(String exp,String opt){  
  4.       int array[] = split(exp,opt);  
  5.       return calculate(array[0],array[1]);  
  6.       }  
  7.       /*被子类重写的方法*/  
  8.       abstract public int calculate(int num1,int num2);  
  9.       public int[] split(String exp,String opt){  
  10.       String array[] = exp.split(opt);  
  11.       int arrayInt[] = new int[2];  
  12.       arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  
  13.       arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  
  14.       return arrayInt;  
  15.       }  
  16.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Plus extends AbstractCalculator {  
  2.       @Override  
  3.       public int calculate(int num1,int num2) {  
  4.       return num1 + num2;  
  5.       }  
  6.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class StrategyTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       String exp = “8+8”;  
  4.       AbstractCalculator cal = new Plus();  
  5.       int result = cal.calculate(exp, “\\+”);  
  6.       System.out.println(result);  
  7.       }  
  8.       }  

      我跟踪下这个小程序的执行过程:首先将exp和”\\+”做参数,调用AbstractCalculator类里的calculate(String,String)方法,在calculate(String,String)里调用同类的split(),之后再调用calculate(int ,int)方法,从这个方法进入到子类中,执行完return num1 + num2后,将值返回到AbstractCalculator类,赋给result,打印出来。正好验证了我们开头的思路。

      15、观察者模式(Observer)

      包括这个模式在内的接下来的四个模式,都是类和类之间的关系,不涉及到继承,学的时候应该 记得归纳,记得本文最开始的那个图。观察者模式很好理解,类似于邮件订阅和RSS订阅,当我们浏览一些博客或wiki时,经常会看到RSS图标,就这的意思是,当你订阅了该文章,如果后续有更新,会及时通知你。其实,简单来讲就一句话:当一个对象变化时,其它依赖该对象的对象都会收到通知,并且随着变化!对象之间是一种一对多的关系。先来看看关系图:

      我解释下这些类的作用:MySubject类就是我们的主对象,Observer1和Observer2是依赖于MySubject的对象,当MySubject变化时,Observer1和Observer2必然变化。AbstractSubject类中定义着需要监控的对象列表,可以对其进行修改:增加或删除被监控对象,且当MySubject变化时,负责通知在列表内存在的对象。我们看实现代码:

      一个Observer接口:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Observer {  
  2.       public void update();  
  3.       }  

      两个实现类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Observer1 implements Observer {  
  2.       @Override  
  3.       public void update() {  
  4.       System.out.println(“observer1 has received!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Observer2 implements Observer {  
  2.       @Override  
  3.       public void update() {  
  4.       System.out.println(“observer2 has received!”);  
  5.       }  
  6.       }  

      Subject接口及实现类:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Subject {  
  2.       /*增加观察者*/  
  3.       public void add(Observer observer);  
  4.       /*删除观察者*/  
  5.       public void del(Observer observer);  
  6.       /*通知所有的观察者*/  
  7.       public void notifyObservers();  
  8.       /*自身的操作*/  
  9.       public void operation();  
  10.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public abstract class AbstractSubject implements Subject {  
  2.       private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>();  
  3.       @Override  
  4.       public void add(Observer observer) {  
  5.       vector.add(observer);  
  6.       }  
  7.       @Override  
  8.       public void del(Observer observer) {  
  9.       vector.remove(observer);  
  10.       }  
  11.       @Override  
  12.       public void notifyObservers() {  
  13.       Enumeration<Observer> enumo = vector.elements();  
  14.       while(enumo.hasMoreElements()){  
  15.       enumo.nextElement().update();  
  16.       }  
  17.       }  
  18.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class MySubject extends AbstractSubject {  
  2.       @Override  
  3.       public void operation() {  
  4.       System.out.println(“update self!”);  
  5.       notifyObservers();  
  6.       }  
  7.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class ObserverTest {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Subject sub = new MySubject();  
  4.       sub.add(new Observer1());  
  5.       sub.add(new Observer2());  
  6.       sub.operation();  
  7.       }  
  8.       }  

      输出:

      update self!
      observer1 has received!
      observer2 has received!

      这些东西,其实不难,只是有些抽象,不太容易整体理解,建议读者:根据关系图,新建项目,自己写代码(或者参考我的代码),按照总体思路走一遍,这样才能体会它的思想,理解起来容易! 

      16、迭代子模式(Iterator)

      顾名思义,迭代器模式就是顺序访问聚集中的对象,一般来说,集合中非常常见,如果对集合类比较熟悉的话,理解本模式会十分轻松。这句话包含两层意思:一是需要遍历的对象,即聚集对象,二是迭代器对象,用于对聚集对象进行遍历访问。我们看下关系图:

      这个思路和我们常用的一模一样,MyCollection中定义了集合的一些操作,MyIterator中定义了一系列迭代操作,且持有Collection实例,我们来看看实现代码:

      两个接口:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Collection {  
  2.       public Iterator iterator();  
  3.       /*取得集合元素*/  
  4.       public Object get(int i);  
  5.       /*取得集合大小*/  
  6.       public int size();  
  7.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Iterator {  
  2.       //前移  
  3.       public Object previous();  
  4.       //后移  
  5.       public Object next();  
  6.       public boolean hasNext();  
  7.       //取得第一个元素  
  8.       public Object first();  
  9.       }  

      两个实现:

      [java] view plaincopy

  1.       public class MyCollection implements Collection {  
  2.       public String string[] = {“A”,”B”,”C”,”D”,”E”};  
  3.       @Override  
  4.       public Iterator iterator() {  
  5.       return new MyIterator(this);  
  6.       }  
  7.       @Override  
  8.       public Object get(int i) {  
  9.       return string[i];  
  10.       }  
  11.       @Override  
  12.       public int size() {  
  13.       return string.length;  
  14.       }  
  15.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class MyIterator implements Iterator {  
  2.       private Collection collection;  
  3.       private int pos = -1;  
  4.       public MyIterator(Collection collection){  
  5.       this.collection = collection;  
  6.       }  
  7.       @Override  
  8.       public Object previous() {  
  9.       if(pos > 0){  
  10.       pos–;  
  11.       }  
  12.       return collection.get(pos);  
  13.       }  
  14.       @Override  
  15.       public Object next() {  
  16.       if(pos<collection.size()-1){  
  17.       pos++;  
  18.       }  
  19.       return collection.get(pos);  
  20.       }  
  21.       @Override  
  22.       public boolean hasNext() {  
  23.       if(pos<collection.size()-1){  
  24.       return true;  
  25.       }else{  
  26.       return false;  
  27.       }  
  28.       }  
  29.       @Override  
  30.       public Object first() {  
  31.       pos = 0;  
  32.       return collection.get(pos);  
  33.       }  
  34.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Collection collection = new MyCollection();  
  4.       Iterator it = collection.iterator();  
  5.       while(it.hasNext()){  
  6.       System.out.println(it.next());  
  7.       }  
  8.       }  
  9.       }  

      输出:A B C D E

      此处我们貌似模拟了一个集合类的过程,感觉是不是很爽?其实JDK中各个类也都是这些基本的东西,加一些设计模式,再加一些优化放到一起的,只要我们把这些东西学会了,掌握好了,我们也可以写出自己的集合类,甚至框架!

      17、责任链模式(Chain of Responsibility)
      接下来我们将要谈谈责任链模式,有多个对象,每个对象持有对下一个对象的引用,这样就会形成一条链,请求在这条链上传递,直到某一对象决定处理该请求。但是发出者并不清楚到底最终那个对象会处理该请求,所以,责任链模式可以实现,在隐瞒客户端的情况下,对系统进行动态的调整。先看看关系图:

      Abstracthandler类提供了get和set方法,方便MyHandle类设置和修改引用对象,MyHandle类是核心,实例化后生成一系列相互持有的对象,构成一条链。

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Handler {  
  2.       public void operator();  
  3.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public abstract class AbstractHandler {  
  2.       private Handler handler;  
  3.       public Handler getHandler() {  
  4.       return handler;  
  5.       }  
  6.       public void setHandler(Handler handler) {  
  7.       this.handler = handler;  
  8.       }  
  9.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class MyHandler extends AbstractHandler implements Handler {  
  2.       private String name;  
  3.       public MyHandler(String name) {  
  4.       this.name = name;  
  5.       }  
  6.       @Override  
  7.       public void operator() {  
  8.       System.out.println(name+”deal!”);  
  9.       if(getHandler()!=null){  
  10.       getHandler().operator();  
  11.       }  
  12.       }  
  13.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       MyHandler h1 = new MyHandler(“h1”);  
  4.       MyHandler h2 = new MyHandler(“h2”);  
  5.       MyHandler h3 = new MyHandler(“h3”);  
  6.       h1.setHandler(h2);  
  7.       h2.setHandler(h3);  
  8.       h1.operator();  
  9.       }  
  10.       }  

      输出:

      h1deal!
      h2deal!
      h3deal!

      此处强调一点就是,链接上的请求可以是一条链,可以是一个树,还可以是一个环,模式本身不约束这个,需要我们自己去实现,同时,在一个时刻,命令只允许由一个对象传给另一个对象,而不允许传给多个对象。

      18、命令模式(Command)

      命令模式很好理解,举个例子,司令员下令让士兵去干件事情,从整个事情的角度来考虑,司令员的作用是,发出口令,口令经过传递,传到了士兵耳朵里,士兵去执行。这个过程好在,三者相互解耦,任何一方都不用去依赖其他人,只需要做好自己的事儿就行,司令员要的是结果,不会去关注到底士兵是怎么实现的。我们看看关系图:

      Invoker是调用者(司令员),Receiver是被调用者(士兵),MyCommand是命令,实现了Command接口,持有接收对象,看实现代码:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Command {  
  2.       public void exe();  
  3.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class MyCommand implements Command {  
  2.       private Receiver receiver;  
  3.       public MyCommand(Receiver receiver) {  
  4.       this.receiver = receiver;  
  5.       }  
  6.       @Override  
  7.       public void exe() {  
  8.       receiver.action();  
  9.       }  
  10.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Receiver {  
  2.       public void action(){  
  3.       System.out.println(“command received!”);  
  4.       }  
  5.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Invoker {  
  2.       private Command command;  
  3.       public Invoker(Command command) {  
  4.       this.command = command;  
  5.       }  
  6.       public void action(){  
  7.       command.exe();  
  8.       }  
  9.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Receiver receiver = new Receiver();  
  4.       Command cmd = new MyCommand(receiver);  
  5.       Invoker invoker = new Invoker(cmd);  
  6.       invoker.action();  
  7.       }  
  8.       }  

      输出:command received!

      这个很哈理解,命令模式的目的就是达到命令的发出者和执行者之间解耦,实现请求和执行分开,熟悉Struts的同学应该知道,Struts其实就是一种将请求和呈现分离的技术,其中必然涉及命令模式的思想!

      其实每个设计模式都是很重要的一种思想,看上去很熟,其实是因为我们在学到的东西中都有涉及,尽管有时我们并不知道,其实在Java本身的设计之中处处都有体现,像AWT、JDBC、集合类、IO管道或者是Web框架,里面设计模式无处不在。因为我们篇幅有限,很难讲每一个设计模式都讲的很详细,不过我会尽我所能,尽量在有限的空间和篇幅内,把意思写清楚了,更好让大家明白。本章不出意外的话,应该是设计模式最后一讲了,首先还是上一下上篇开头的那个图:

      本章讲讲第三类和第四类。

      19、备忘录模式(Memento)

      主要目的是保存一个对象的某个状态,以便在适当的时候恢复对象,个人觉得叫备份模式更形象些,通俗的讲下:假设有原始类A,A中有各种属性,A可以决定需要备份的属性,备忘录类B是用来存储A的一些内部状态,类C呢,就是一个用来存储备忘录的,且只能存储,不能修改等操作。做个图来分析一下:

      Original类是原始类,里面有需要保存的属性value及创建一个备忘录类,用来保存value值。Memento类是备忘录类,Storage类是存储备忘录的类,持有Memento类的实例,该模式很好理解。直接看源码:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Original {  
  2.       private String value;  
  3.       public String getValue() {  
  4.       return value;  
  5.       }  
  6.       public void setValue(String value) {  
  7.       this.value = value;  
  8.       }  
  9.       public Original(String value) {  
  10.       this.value = value;  
  11.       }  
  12.       public Memento createMemento(){  
  13.       return new Memento(value);  
  14.       }  
  15.       public void restoreMemento(Memento memento){  
  16.       this.value = memento.getValue();  
  17.       }  
  18.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Memento {  
  2.       private String value;  
  3.       public Memento(String value) {  
  4.       this.value = value;  
  5.       }  
  6.       public String getValue() {  
  7.       return value;  
  8.       }  
  9.       public void setValue(String value) {  
  10.       this.value = value;  
  11.       }  
  12.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Storage {  
  2.       private Memento memento;  
  3.       public Storage(Memento memento) {  
  4.       this.memento = memento;  
  5.       }  
  6.       public Memento getMemento() {  
  7.       return memento;  
  8.       }  
  9.       public void setMemento(Memento memento) {  
  10.       this.memento = memento;  
  11.       }  
  12.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       // 创建原始类  
  4.       Original origi = new Original(“egg”);  
  5.       // 创建备忘录  
  6.       Storage storage = new Storage(origi.createMemento());  
  7.       // 修改原始类的状态  
  8.       System.out.println(“初始化状态为:” + origi.getValue());  
  9.       origi.setValue(“niu”);  
  10.       System.out.println(“修改后的状态为:” + origi.getValue());  
  11.       // 回复原始类的状态  
  12.       origi.restoreMemento(storage.getMemento());  
  13.       System.out.println(“恢复后的状态为:” + origi.getValue());  
  14.       }  
  15.       }  

      输出:

      初始化状态为:egg
      修改后的状态为:niu
      恢复后的状态为:egg

      简单描述下:新建原始类时,value被初始化为egg,后经过修改,将value的值置为niu,最后倒数第二行进行恢复状态,结果成功恢复了。其实我觉得这个模式叫“备份-恢复”模式最形象。

      20、状态模式(State)

      核心思想就是:当对象的状态改变时,同时改变其行为,很好理解!就拿QQ来说,有几种状态,在线、隐身、忙碌等,每个状态对应不同的操作,而且你的好友也能看到你的状态,所以,状态模式就两点:1、可以通过改变状态来获得不同的行为。2、你的好友能同时看到你的变化。看图:

      State类是个状态类,Context类可以实现切换,我们来看看代码:

      [java] view plaincopy

  1.       package com.xtfggef.dp.state;  
  2.       /** 
  3.       * 状态类的核心类 
  4.       * 2012-12-1 
  5.       * @author erqing 
  6.       * 
  7.       */  
  8.       public class State {  
  9.       private String value;  
  10.       public String getValue() {  
  11.       return value;  
  12.       }  
  13.       public void setValue(String value) {  
  14.       this.value = value;  
  15.       }  
  16.       public void method1(){  
  17.       System.out.println(“execute the first opt!”);  
  18.       }  
  19.       public void method2(){  
  20.       System.out.println(“execute the second opt!”);  
  21.       }  
  22.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       package com.xtfggef.dp.state;  
  2.       /** 
  3.       * 状态模式的切换类   2012-12-1 
  4.       * @author erqing 
  5.       *  
  6.       */  
  7.       public class Context {  
  8.       private State state;  
  9.       public Context(State state) {  
  10.       this.state = state;  
  11.       }  
  12.       public State getState() {  
  13.       return state;  
  14.       }  
  15.       public void setState(State state) {  
  16.       this.state = state;  
  17.       }  
  18.       public void method() {  
  19.       if (state.getValue().equals(“state1”)) {  
  20.       state.method1();  
  21.       } else if (state.getValue().equals(“state2”)) {  
  22.       state.method2();  
  23.       }  
  24.       }  
  25.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       State state = new State();  
  4.       Context context = new Context(state);  
  5.       //设置第一种状态  
  6.       state.setValue(“state1”);  
  7.       context.method();  
  8.       //设置第二种状态  
  9.       state.setValue(“state2”);  
  10.       context.method();  
  11.       }  
  12.       }  

      输出:

      execute the first opt!
      execute the second opt!

      根据这个特性,状态模式在日常开发中用的挺多的,尤其是做网站的时候,我们有时希望根据对象的某一属性,区别开他们的一些功能,比如说简单的权限控制等。
21、访问者模式(Visitor)

      访问者模式把数据结构和作用于结构上的操作解耦合,使得操作集合可相对自由地演化。访问者模式适用于数据结构相对稳定算法又易变化的系统。因为访问者模式使得算法操作增加变得容易。若系统数据结构对象易于变化,经常有新的数据对象增加进来,则不适合使用访问者模式。访问者模式的优点是增加操作很容易,因为增加操作意味着增加新的访问者。访问者模式将有关行为集中到一个访问者对象中,其改变不影响系统数据结构。其缺点就是增加新的数据结构很困难。—— From 百科

      简单来说,访问者模式就是一种分离对象数据结构与行为的方法,通过这种分离,可达到为一个被访问者动态添加新的操作而无需做其它的修改的效果。

      来看看我自己写的demo。场景:银行柜台提供的服务和来办业务的人。把银行的服务和业务的办理解耦了。缺点:如果银行要修改底层业务接口,所有继承接口的类都需要作出修改。不过java8的新特性接口默认方法可以解决这个问题,或者java8之前可以通过接口的适配器模式来解决这个问题

      publicclass VisitorDemo {
      // 银行柜台服务,以后银行要新增业务,只需要新增一个类实现这个接口就可以了。 interface Service { publicvoid accept(Visitor visitor); }
      // 来办业务的人,里面可以加上权限控制等等 staticclass Visitor { publicvoid process(Service service) { // 基本业务 System.out.println(“基本业务”); } publicvoid process(Saving service) { // 存款 System.out.println(“存款”); } publicvoid process(Draw service) { // 提款 System.out.println(“提款”); } publicvoid process(Fund service) { System.out.println(“基金”); // 基金 } } staticclass Saving implements Service { publicvoid accept(Visitor visitor) { visitor.process(this); } } staticclass Draw implements Service { publicvoid accept(Visitor visitor) { visitor.process(this); } } staticclass Fund implements Service { publicvoid accept(Visitor visitor) { visitor.process(this); } } publicstaticvoid main(String[] args) { Service saving = new Saving(); Service fund = new Fund(); Service draw = new Draw(); Visitor visitor = new Visitor(); Visitor guweiwei = new Visitor(); fund.accept(guweiwei); saving.accept(visitor); fund.accept(visitor); draw.accept(visitor); } }

      测试:

      publicstaticvoid main(String[] args) { Service saving = new Saving(); Service fund = new Fund(); Service draw = new Draw(); Visitor visitor = new Visitor(); Visitor guweiwei =new Visitor(); fund.accept(guweiwei); saving.accept(visitor); fund.accept(visitor); draw.accept(visitor); }

      输出:

      基金
      存款
      基金
      提款

      该模式适用场景:如果我们想为一个现有的类增加新功能,不得不考虑几个事情:1、新功能会不会与现有功能出现兼容性问题?2、以后会不会再需要添加?3、如果类不允许修改代码怎么办?面对这些问题,最好的解决方法就是使用访问者模式,访问者模式适用于数据结构相对稳定的系统,把数据结构和算法解耦,
22、中介者模式(Mediator)

      中介者模式也是用来降低类类之间的耦合的,因为如果类类之间有依赖关系的话,不利于功能的拓展和维护,因为只要修改一个对象,其它关联的对象都得进行修改。如果使用中介者模式,只需关心和Mediator类的关系,具体类类之间的关系及调度交给Mediator就行,这有点像spring容器的作用。先看看图:

      User类统一接口,User1和User2分别是不同的对象,二者之间有关联,如果不采用中介者模式,则需要二者相互持有引用,这样二者的耦合度很高,为了解耦,引入了Mediator类,提供统一接口,MyMediator为其实现类,里面持有User1和User2的实例,用来实现对User1和User2的控制。这样User1和User2两个对象相互独立,他们只需要保持好和Mediator之间的关系就行,剩下的全由MyMediator类来维护!基本实现:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Mediator {  
  2.       public void createMediator();  
  3.       public void workAll();  
  4.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class MyMediator implements Mediator {  
  2.       private User user1;  
  3.       private User user2;  
  4.       public User getUser1() {  
  5.       return user1;  
  6.       }  
  7.       public User getUser2() {  
  8.       return user2;  
  9.       }  
  10.       @Override  
  11.       public void createMediator() {  
  12.       user1 = new User1(this);  
  13.       user2 = new User2(this);  
  14.       }  
  15.       @Override  
  16.       public void workAll() {  
  17.       user1.work();  
  18.       user2.work();  
  19.       }  
  20.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public abstract class User {  
  2.       private Mediator mediator;  
  3.       public Mediator getMediator(){  
  4.       return mediator;  
  5.       }  
  6.       public User(Mediator mediator) {  
  7.       this.mediator = mediator;  
  8.       }  
  9.       public abstract void work();  
  10.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class User1 extends User {  
  2.       public User1(Mediator mediator){  
  3.       super(mediator);  
  4.       }  
  5.       @Override  
  6.       public void work() {  
  7.       System.out.println(“user1 exe!”);  
  8.       }  
  9.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class User2 extends User {  
  2.       public User2(Mediator mediator){  
  3.       super(mediator);  
  4.       }  
  5.       @Override  
  6.       public void work() {  
  7.       System.out.println(“user2 exe!”);  
  8.       }  
  9.       }  

      测试类:

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       Mediator mediator = new MyMediator();  
  4.       mediator.createMediator();  
  5.       mediator.workAll();  
  6.       }  
  7.       }  

      输出:

      user1 exe!
      user2 exe!
23、解释器模式(Interpreter)
      解释器模式是我们暂时的最后一讲,一般主要应用在OOP开发中的编译器的开发中,所以适用面比较窄。

      Context类是一个上下文环境类,Plus和Minus分别是用来计算的实现,代码如下:

      [java] view plaincopy

  1.       public interface Expression {  
  2.       public int interpret(Context context);  
  3.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Plus implements Expression {  
  2.       @Override  
  3.       public int interpret(Context context) {  
  4.       return context.getNum1()+context.getNum2();  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Minus implements Expression {  
  2.       @Override  
  3.       public int interpret(Context context) {  
  4.       return context.getNum1()-context.getNum2();  
  5.       }  
  6.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Context {  
  2.       private int num1;  
  3.       private int num2;  
  4.       public Context(int num1, int num2) {  
  5.       this.num1 = num1;  
  6.       this.num2 = num2;  
  7.       }  
  8.       public int getNum1() {  
  9.       return num1;  
  10.       }  
  11.       public void setNum1(int num1) {  
  12.       this.num1 = num1;  
  13.       }  
  14.       public int getNum2() {  
  15.       return num2;  
  16.       }  
  17.       public void setNum2(int num2) {  
  18.       this.num2 = num2;  
  19.       }  
  20.       }  

      [java] view plaincopy

  1.       public class Test {  
  2.       public static void main(String[] args) {  
  3.       // 计算9+2-8的值  
  4.       int result = new Minus().interpret((new Context(new Plus()  
  5.       .interpret(new Context(9, 2)), 8)));  
  6.       System.out.println(result);  
  7.       }  
  8.       }  

      最后输出正确的结果:3。  

      基本就这样,解释器模式用来做各种各样的解释器,如正则表达式等的解释器等等!
      设计模式基本就这么大概讲完了,总体感觉有点简略,的确,这么点儿篇幅,不足以对整个23种设计模式做全面的阐述,此处读者可将它作为一个理论基础去学习,通过这四篇博文,先基本有个概念,虽然我讲的有些简单,但基本都能说明问题及他们的特点,如果对哪一个感兴趣,可以继续深入研究!同时我也会不断更新,尽量补全遗