设计模式之原型模式(上机考试多套试,每人题目和答案乱序排列场景)

前言:
平常你也付出了很多的时间,但就是没有得到多少收益。就像有时候很多小伙伴问我,我是该怎么学一个我没接触过的内容。我的个人经验非常建议,先不要学太多理论性的内容,而是尝试实际操作下,把要学的内容做一些Demo案例出来。这有点像你买了个自行车是先拆了学学怎么个原理,还是先骑几圈呢?哪怕摔了跟头,但那都是必须经历后留下的经验。
原型模式介绍
在这里插入图片描述
原型模式主要解决的问题就是创建重复对象,而这部分对象内容本身比较复杂,生成过程可能从库或者RPC接口中获取数据的耗时较长,因此采用克隆的方式节省时间。

其实这种场景经常出现在我们的身边,只不过很少用到自己的开发中,就像;

A:你经常Ctrl+C、Ctrl+V,复制粘贴代码。
B:Java多数类中提供的API方法;Object clone()。
C:细胞的有丝分裂。

案例场景模拟
从纸制版到上机答题,大大小小也有几百场。而以前坐在教室里答题身边的人都是一套试卷,考试的时候还能偷摸或者别人给发信息抄一抄答案。
但从一部分可以上机考试的内容开始,在保证大家的公平性一样的题目下,开始出现试题混排更有做的好的答案选项也混排。这样大大的增加了抄的成本,也更好的做到了考试的公平性。

因为需要实现一个上机考试抽题的服务,因此在这里建造一个题库题目的场景类信息,用于创建;选择题、问答题。

在这里插入图片描述
在这里模拟了两个试卷题目的类;ChoiceQuestion(选择题)、AnswerQuestion(问答题)。如果是实际的业务场景开发中,会有更多的题目类型。
选择题

package com.lm.design;import java.util.Map;/*** 单选题*/
public class ChoiceQuestion {private String name;                 // 题目private Map<String, String> option;  // 选项;A、B、C、Dprivate String key;                  // 答案;Bpublic ChoiceQuestion() {}public ChoiceQuestion(String name, Map<String, String> option, String key) {this.name = name;this.option = option;this.key = key;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Map<String, String> getOption() {return option;}public void setOption(Map<String, String> option) {this.option = option;}public String getKey() {return key;}public void setKey(String key) {this.key = key;}
}

问答题

package com.lm.design;/*** 解答题*/
public class AnswerQuestion {private String name;  // 问题private String key;   // 答案public AnswerQuestion() {}public AnswerQuestion(String name, String key) {this.name = name;this.key = key;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getKey() {return key;}public void setKey(String key) {this.key = key;}
}

用一坨坨代码实现
在这里插入图片描述
一把梭哈代码

package com.lm.design;import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;public class QuestionBankController {public String createPaper(String candidate, String number) {List<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();List<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();Map<String, String> map01 = new HashMap<String, String>();map01.put("A", "JAVA2 EE");map01.put("B", "JAVA2 Card");map01.put("C", "JAVA2 ME");map01.put("D", "JAVA2 HE");map01.put("E", "JAVA2 SE");Map<String, String> map02 = new HashMap<String, String>();map02.put("A", "JAVA程序的main方法必须写在类里面");map02.put("B", "JAVA程序中可以有多个main方法");map02.put("C", "JAVA程序中类名必须与文件名一样");map02.put("D", "JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来");Map<String, String> map03 = new HashMap<String, String>();map03.put("A", "变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;");map03.put("B", "变量不能以数字作为开头;");map03.put("C", "A和a在java中是同一个变量;");map03.put("D", "不同类型的变量,可以起相同的名字;");Map<String, String> map04 = new HashMap<String, String>();map04.put("A", "STRING");map04.put("B", "x3x;");map04.put("C", "void");map04.put("D", "de$f");Map<String, String> map05 = new HashMap<String, String>();map05.put("A", "31");map05.put("B", "0");map05.put("C", "1");map05.put("D", "2");choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", map01, "D"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", map02, "A"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", map03, "B"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符", map04, "C"));choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值是", map05, "D"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("小红马和小黑马生的小马几条腿", "4条腿"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是木棒打头疼", "头最疼"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "牙床"));answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("为什么好马不吃回头草", "后面的草没了"));// 输出结果StringBuilder detail = new StringBuilder("考生:" + candidate + "\r\n" +"考号:" + number + "\r\n" +"--------------------------------------------\r\n" +"一、选择题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();for (String key : option.keySet()) {detail.append(key).append(":").append(option.get(key)).append("\r\n");;}detail.append("答案:").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}detail.append("二、问答题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");detail.append("答案:").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}return detail.toString();}}

这样的代码往往都非常易于理解,要什么程序就给什么代码,不面向对象,只面向过程。不考虑扩展性,能用就行。

测试

package com.lm.desgin.test;import com.lm.design.QuestionBankController;
import org.junit.Test;public class ApiTest {@Testpublic void test_QuestionBankController() {QuestionBankController questionBankController = new QuestionBankController();System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));System.out.println(questionBankController.createPaper("豆豆", "1000001921051"));System.out.println(questionBankController.createPaper("大宝", "1000001921987"));}}

A:以上呢就是三位考试的试卷;花花、豆豆、大宝,每个人的试卷内容是一样的这没问题,但是三个人的题目以及选项顺序都是一样,就没有达到我们说希望的乱序要求。
B:而且以上这样的代码非常难扩展,随着题目的不断的增加以及乱序功能的补充,都会让这段代码变得越来越混乱。
原型模式重构代码
原型模式主要解决的问题就是创建大量重复的类,而我们模拟的场景就需要给不同的用户都创建相同的试卷,但这些试卷的题目不便于每次都从库中获取,甚至有时候需要从远程的RPC中获取。这样都是非常耗时的,而且随着创建对象的增多将严重影响效率。

在原型模式中所需要的非常重要的手段就是克隆,在需要用到克隆的类中都需要实现 implements Cloneable 接口。
在这里插入图片描述
工程中包括了核心的题库类QuestionBank,题库中主要负责将各个的题目进行组装最终输出试卷。
针对每一个试卷都会使用克隆的方式进行复制,复制完成后将试卷中题目以及每个题目的答案进行乱序处理。这里提供了工具包;TopicRandomUtil

题目选项乱序操作工具包

package com.lm.design.util;import java.util.*;public class TopicRandomUtil {/*** 乱序Map元素,记录对应答案key* @param option 题目* @param key    答案* @return Topic 乱序后 {A=c., B=d., C=a., D=b.}*/static public Topic random(Map<String, String> option, String key) {Set<String> keySet = option.keySet();ArrayList<String> keyList = new ArrayList<String>(keySet);Collections.shuffle(keyList);HashMap<String, String> optionNew = new HashMap<String, String>();int idx = 0;String keyNew = "";for (String next : keySet) {String randomKey = keyList.get(idx++);if (key.equals(next)) {keyNew = randomKey;}optionNew.put(randomKey, option.get(next));}return new Topic(optionNew, keyNew);}}

这个这个工具类的操作就是将原有Map中的选型乱序操作,也就是A的选项内容给B,B的可能给C,同时记录正确答案在处理后的位置信息。
克隆对象处理类

package com.lm.design;import com.lm.design.util.Topic;
import com.lm.design.util.TopicRandomUtil;import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Map;public class QuestionBank implements Cloneable {private String candidate; // 考生private String number;    // 考号private ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();private ArrayList<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();public QuestionBank append(ChoiceQuestion choiceQuestion) {choiceQuestionList.add(choiceQuestion);return this;}public QuestionBank append(AnswerQuestion answerQuestion) {answerQuestionList.add(answerQuestion);return this;}@Overridepublic Object clone() throws CloneNotSupportedException {QuestionBank questionBank = (QuestionBank) super.clone();questionBank.choiceQuestionList = (ArrayList<ChoiceQuestion>) choiceQuestionList.clone();questionBank.answerQuestionList = (ArrayList<AnswerQuestion>) answerQuestionList.clone();// 题目乱序Collections.shuffle(questionBank.choiceQuestionList);Collections.shuffle(questionBank.answerQuestionList);// 答案乱序ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = questionBank.choiceQuestionList;for (ChoiceQuestion question : choiceQuestionList) {Topic random = TopicRandomUtil.random(question.getOption(), question.getKey());question.setOption(random.getOption());question.setKey(random.getKey());}return questionBank;}public void setCandidate(String candidate) {this.candidate = candidate;}public void setNumber(String number) {this.number = number;}@Overridepublic String toString() {StringBuilder detail = new StringBuilder("考生:" + candidate + "\r\n" +"考号:" + number + "\r\n" +"--------------------------------------------\r\n" +"一、选择题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();for (String key : option.keySet()) {detail.append(key).append(":").append(option.get(key)).append("\r\n");;}detail.append("答案:").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}detail.append("二、问答题" + "\r\n\n");for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {detail.append("第").append(idx + 1).append("题:").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");detail.append("答案:").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");}return detail.toString();}}

两个append(),对各项题目的添加,有点像我们在建造者模式中使用的方式,添加装修物料。
clone(),这里的核心操作就是对对象的复制,这里的复制不只是包括了本身,同时对两个集合也做了复制。只有这样的拷贝才能确保在操作克隆对象的时候不影响原对象。
乱序操作,在list集合中有一个方法,Collections.shuffle,可以将原有集合的顺序打乱,输出一个新的顺序。在这里我们使用此方法对题目进行乱序操作。
初始化试卷数据

package com.lm.design;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class QuestionBankController {private QuestionBank questionBank = new QuestionBank();public QuestionBankController() {Map<String, String> map01 = new HashMap<String, String>();map01.put("A", "JAVA2 EE");map01.put("B", "JAVA2 Card");map01.put("C", "JAVA2 ME");map01.put("D", "JAVA2 HE");map01.put("E", "JAVA2 SE");Map<String, String> map02 = new HashMap<String, String>();map02.put("A", "JAVA程序的main方法必须写在类里面");map02.put("B", "JAVA程序中可以有多个main方法");map02.put("C", "JAVA程序中类名必须与文件名一样");map02.put("D", "JAVA程序的main方法中如果只有一条语句,可以不用{}(大括号)括起来");Map<String, String> map03 = new HashMap<String, String>();map03.put("A", "变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;");map03.put("B", "变量不能以数字作为开头;");map03.put("C", "A和a在java中是同一个变量;");map03.put("D", "不同类型的变量,可以起相同的名字;");Map<String, String> map04 = new HashMap<String, String>();map04.put("A", "STRING");map04.put("B", "x3x;");map04.put("C", "void");map04.put("D", "de$f");Map<String, String> map05 = new HashMap<String, String>();map05.put("A", "31");map05.put("B", "0");map05.put("C", "1");map05.put("D", "2");questionBank.append(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", map01, "D")).append(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", map02, "A")).append(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", map03, "B")).append(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符",map04, "C")).append(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值是", map05, "D")).append(new AnswerQuestion("小红马和小黑马生的小马几条腿", "4条腿")).append(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是木棒打头疼", "头最疼")).append(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "牙床")).append(new AnswerQuestion("为什么好马不吃回头草", "后面的草没了"));}public String createPaper(String candidate, String number) throws CloneNotSupportedException {QuestionBank questionBankClone = (QuestionBank) questionBank.clone();questionBankClone.setCandidate(candidate);questionBankClone.setNumber(number);return questionBankClone.toString();}}

测试验证

package com.lm.desgin.test;import com.lm.design.QuestionBankController;
import org.junit.Test;public class ApiTest {@Testpublic void test_QuestionBank() throws CloneNotSupportedException {QuestionBankController questionBankController = new QuestionBankController();System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));System.out.println(questionBankController.createPaper("豆豆", "1000001921051"));System.out.println(questionBankController.createPaper("大宝", "1000001921987"));}}

总结
以上的实际场景模拟了原型模式在开发中重构的作用,但是原型模式的使用频率确实不是很高。如果有一些特殊场景需要使用到,也可以按照此设计模式进行优化。
另外原型设计模式的优点包括;便于通过克隆方式创建复杂对象、也可以避免重复做初始化操作、不需要与类中所属的其他类耦合等。但也有一些缺点如果对象中包括了循环引用的克隆,以及类中深度使用对象的克隆,都会使此模式变得异常麻烦。

好了 至此设计模式之原型模式(上机考试多套试,每人题目和答案乱序排列场景) 学习结束了 友友们 点点关注不迷路 老铁们!!!!!

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