设计模式学习笔记 - 设计模式与范式 -行为型:5.策略模式(下):策略模式的应用,如何实现支持给不同大小文件排序的小程序

概述

上篇文章,主要介绍了策略模式的原理和实现,以及如何利用策略模式来移除 if-esle 或者 switch 分支判断逻辑。本章结合 “给文件排序” 的例子,来详细讲下策略模式的设计意图和应用场景。

此外,我还会通过进一步分析、重构,给你展示一个设计模式是如何 “创造” 出来的。通过本章的学习,你会发现:设计原则和思想其实比设计模式更加普适和重要,掌握了代码的设计原则和思想,我们甚至可以自己创造出来新的设计模式。


问题与思路

假设有这样一个需求,希望写一个程序,实现对一个文件进行排序。文件中只包含整型数,并且相邻的数字通过都好来区隔。若由你编写这样一个程序,你会如何来实现呢?

你可能会说,这不是很简单嘛,只需要将文件中的内容读出来,通过都好分割成一个个的数字,放到内存数组中,然后编写某种算法(比如快速排序),或者直接使用编程语言提供的排序函数,对数组进行排序,然后再讲数组中的数据写入文件就可以了。

但是,若文件很大呢?比如有 10G,因为内存有限(比如只有 8G),没有办法一次性将所有数据加载到内存,这是就要利用外部排序算法了。

如果文件更大,比如有 100G,为了利用 CPU 多核的优势,可以在外部排序的基础上进行优化,加入多线程并发排序的功能,这就有点类似单机版的 MapReduce 了。

如果文件非常大,有 1TB ,即便是单机多线程排序,这也算很慢了。这个时候,可以使用真正的 MapReduce 框架,利用多机的能力,提高排序效率。

代码实现与分析

思路讲完了,接下来看一下如何将解决思路翻译成代码实现。

我们先用最简单的方式将它实现出来,所以,在下面的代码中,只给出了跟设计模式相关的骨架代码,并没有给出每种排序算法的具体实现。

public class Sorter {private static final long GB = 1024 * 1024 * 1024;public void sortFiles(String filePath) {// 省略校验...File file = new File(filePath);long fileSize = file.length();if (fileSize < 6 * GB) { // [0, 6G]quickSort(filePath);} else if (fileSize < 10 * GB) { // [6G, 10G]externSort(filePath);}  else if (fileSize < 100 * GB) { // [10G, 100G]concurrentExternalSort(filePath);}  else { // [1000G, ~]mapreduceSort(filePath);}}private void quickSort(String filePath) {// 快速排序...}private void externSort(String filePath) {// 外部排序...}private void concurrentExternalSort(String filePath) {// 多线程外部排序...}private void mapreduceSort(String filePath) {// 利用MapReduce排序...}
}public class SortingTool {public static void main(String[] args) {Sorter sorter = new Sorter();sorter.sortFiles(args[0]);}
}

在编码规范 章节,我们讲过,函数的函数不能太多,最好不要超过一屏的大小。所以,为了避免 sortFiles() 函数过长,我们把每种排序算法从 sortFiles() 函数中抽离出来,拆分成 4 个独立的排序函数。

如果只是开发一个简单的工具,那上面的代码实现就足够了。毕竟,代码不多,后续修改、扩展的需求也不多,怎么写都不会导致代码不可维护。但是,如果在开发一个大型项目,排序文件只是其中的一个功能模块,那就要在代码设计、代码质量上下点功夫了。每个小的功能模块都写好,整个项目的代码才能不差。

在刚刚的代码中,并位给出每中排序算法的代码实现。实际上,如果实现一下的话,你会发现每种排序算法的实现逻辑都比较复杂,代码行数都比较多。所有排序算法的代码都堆在一个 Sorter 类中,就会导致这个类的代码很多。而在编码规范 章节,也降到,一个类的代码太多也会影响到可读性、可维护性。此外,所有的排序算法目前都是 private 的,也会影响代码的可复用性。

代码重构与优化

只要掌握了之前讲过的设计原则和设计思想,即使想不到该用什么设计模式来重构,也应该能知道如何优化。就是将 Sorter 类中的某些代码拆分出来,独立成职责更加单一的小类。实际上,拆分是应对类或函数代码过多、应对代码复杂的一个常用手段。按照这个解决思路,我们对代码进行重构。重构之后的代码如下所示:

public interface ISortAlg {void sort(String filepath);
}public class QuickSort implements ISortAlg {@Overridepublic void sort(String filepath) {// ...}
}public class ExternalSort implements ISortAlg {@Overridepublic void sort(String filepath) {// ...}
}public class ConcurrentExternalSort implements ISortAlg {@Overridepublic void sort(String filepath) {// ...}
}public class MapReduceSort implements ISortAlg {@Overridepublic void sort(String filepath) {// ...}
}public class Sorter {private static final long GB = 1024 * 1024 * 1024;public void sortFiles(String filePath) {// 省略校验...File file = new File(filePath);long fileSize = file.length();ISortAlg sortAlg;if (fileSize < 6 * GB) { // [0, 6G]sortAlg = new QuickSort();} else if (fileSize < 10 * GB) { // [6G, 10G]sortAlg = new ExternalSort();}  else if (fileSize < 100 * GB) { // [10G, 100G]sortAlg = new ConcurrentExternalSort();}  else { // [1000G, ~]sortAlg = new MapReduceSort();}sortAlg.sort(filePath);}
}

经过拆分后,每个类的代码不会太多,每个类的逻辑不会太复杂,代码可读性、可维护性提高了。此外,将排序算法设计成独立的力,跟具体的业务逻辑(代码中的 if-else 那部分逻辑)解耦,也让排序算法能够复用。这一步实际上就是策略模式的第一步,将策略模式的定义分离出来

接下来,可以继续优化。每种排序类都是无状态的,我们没必要每次使用时都重新创建一个对象。所以,可以使用工厂模式对对象的创建进行封装。按照这个思路,对代码进行重构。重构之后的代码如下所示:

public class SortAlgFactory {private static final Map<String, ISortAlg> algs = new HashMap<>();static {algs.put("QuickSort", new QuickSort());algs.put("ExternalSort", new ExternalSort());algs.put("ConcurrentExternalSort", new ConcurrentExternalSort());algs.put("MapReduceSort", new MapReduceSort());}public static ISortAlg getSortAlg(String type) {if (type == null || type.isEmpty()) {throw new IllegalArgumentException("type must not be null");}return algs.get(type);}
}public class Sorter {private static final long GB = 1024 * 1024 * 1024;public void sortFiles(String filePath) {// 省略校验...File file = new File(filePath);long fileSize = file.length();ISortAlg sortAlg;if (fileSize < 6 * GB) { // [0, 6G]sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("QuickSort");} else if (fileSize < 10 * GB) { // [6G, 10G]sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("ExternalSort");}  else if (fileSize < 100 * GB) { // [10G, 100G]sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("ConcurrentExternalSort");}  else { // [1000G, ~]sortAlg = SortAlgFactory.getSortAlg("MapReduceSort");}sortAlg.sort(filePath);}
}

经过两次重构之后,现在的代码实际上已经符合策略模式的代码结构了。通过策略模式将策略的定义、创建、使用解耦,让每一部分代码都不至于太复杂。不过 Sorter 类中的 sortFiles() 函数还有一堆 if-else 逻辑。目前,这里的 if-else 逻辑分支不多、也不复杂,这样写完全没有问题。但是如果你想将 if-else 分支判断移除掉,那也是有办法的。下面是代码实现,你一看就能明白。实际上,这也是基于查表法来解决的,其中的 algs 就是 “表”。

public class Sorter {private static final long GB = 1024 * 1024 * 1024;private static final List<AlgRange> algs = new ArrayList<>();static {algs.add(new AlgRange(0, 6*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("QuickSort")));algs.add(new AlgRange(6, 10*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ExternalSort")));algs.add(new AlgRange(10, 100*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ConcurrentExternalSort")));algs.add(new AlgRange(100, Long.MAX_VALUE, SortAlgFactory.getSortAlg("MapReduceSort")));}public void sortFiles(String filePath) {// 省略校验...File file = new File(filePath);long fileSize = file.length();ISortAlg sortAlg = null;for (AlgRange algRange : algs) {if (algRange.isRange(fileSize)) {sortAlg = algRange.getSortAlg();break;}}if (sortAlg == null) {throw new RuntimeException("No sort algorithm");}sortAlg.sort(filePath);}private static class AlgRange {private long start;private long end;private ISortAlg sortAlg;public AlgRange(long start, long end, ISortAlg sortAlg) {this.start = start;this.end = end;this.sortAlg = sortAlg;}public ISortAlg getSortAlg() {return sortAlg;}public boolean isRange(long size) {return size >= start && size < end;}}
}

现在的代码就更加优美了。我们把可变部分隔离到了策略工厂和 Sorter 类中的静态代码块中。当要添加一个新的排序算法时,只需要修改策略工厂和 Sorter 类中的静态代码块,其他代码都不需要修改。这样就将代码改动最小化、集中化了。

可能还有同学会说,即便这样,当我们添加新的排序算法时,还是需要修改代码,并不完全符合开闭原则。有什么办法让我们完全满足开闭原则呢?

对于 Java 来说,可以通过反射来避免策略工厂类的修改。具体是这样做的:通过一个配置文件或者自定义 annotation 来标注有哪些策略类;策略类工厂读取配置文件或者搜索被 annotation 标注的策略类,然后通过反射动态地加载这些策略类、创建策略类;当我们新添加一个策略的时候,只需要将这个策略类添加到配置文件或者用 annotation 标注即可。

对于 Sorter 来说,可以通过同样的方法来避免修改。 我们将文件大小区间和算法之间的对应关系放到配置文件中。当添加新的排序算法时,我们只需要改动配置文件即可,不需要改动代码。

总结

一提到 if-else 分支判断,有人就觉得那是烂代码。如果 if-else 分支判断不复杂、代码不多,这其实并没有问题,毕竟 if-else 分支判断几乎是所有编程语言都会提供的语法,存在即有理由。遵循 KISS 原则,怎么简单怎么来,就是最好的设计。非得用策略模式,搞出 n 多个类,反倒是一个过渡设计。

一提到策略模式,有人就觉得,它的作用是避免 if-else 分支判断逻辑。实际上,这种认识很片面。策略模式的主要作用还是解耦策略的定义、创建、使用,让每个部分的代码都不至于过于复杂、代码量过多。此外,对于复杂代码来说,策略模式还能让其满足开闭原则,添加新策略时,最小化、集中化代码改动,减少引入 bug 的风险。

实际上,设计原则和思想比设计模式更加普适和重要。掌握了代码的设计原则和思想,能更新的了解,为什么要用设计模式,就能更恰到好处地应用设计模式。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/798483.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

算法:计数类dp

文章目录 一、举个栗子例子1&#xff1a;爬楼梯问题例子2&#xff1a;不同路径例子3&#xff1a;计数子序列 二、基本思路三、典型例题一、ACWing&#xff1a;900. 整数划分1、解法一1.1、状态转移方程1.2、参考代码 O(n) 超时 2、解法二&#xff1a;类似完全背包问题1.1、状态…

黑豹程序员-Spring Task实现定时任务

定时任务 项目中&#xff0c;我们有一个特殊的要求&#xff0c;无需人为去触发&#xff0c;而是自动去触发程序。通常有一定的频率&#xff0c;每天&#xff0c;某时等。 实现的四种方式 1、java自身提供定时任务java.util.Timer类&#xff0c;但太过简单&#xff0c;几乎无…

博客部署002-centos安装nginx

1、centos 如何安装nginx? 在CentOS系统上安装Nginx的过程相对直接&#xff0c;通常可以通过系统自带的Yum包管理器来安装。以下是安装Nginx的最新稳定版的步骤&#xff1a; 1.1 更新系统软件包 在安装Nginx之前&#xff0c;首先确保系统软件包是最新的&#xff0c;运行…

如何使用GraphQL和Apollo构建一个宝可梦应用

宝可梦是一个由视频游戏、动画系列与电影、交换卡牌游戏以及其他相关媒体组成的日本媒体特许经营权。 在本文中&#xff0c;我们将使用一个宝可梦GraphQL API&#xff0c;该API提供有关不同宝可梦的数据。 我们将使用Apollo和GraphQL来处理数据获取&#xff0c;以及React来构…

谨慎使用通过光纤传输的HDMI光纤线,存严重缺陷

严重缺陷&#xff1a; 1.只能单向传输 只能单向传输&#xff0c;从一端到另一端&#xff0c;和二极管一样&#xff0c;只能单向传输信号。某些情况你需要变更传输方向时&#xff0c;你将欲哭无泪.传统的HDMI线&#xff0c;不带放大器的&#xff0c;都可以双向传输.网上搜索布…

解密极验滑块验证码的w参数

一、极验请求分析 滑块测试网站入口 我们首先访问极验滑块验证码测试主页&#xff0c;以便获取后续请求中的url。 滑块验证过程抓包 通过抓包工具分析滑块验证过程&#xff0c;发现与第三代滑块验证码相比&#xff0c;第四代简化了验证过程&#xff0c;加密参数w的生成也变得…

【00150】金融理论与实务-2023年10月自考真题

目录 一、单选题 二、多选题 三、判断说明题 四、计算题 五、简答题

Vue3【进阶】

简介 https://cn.vuejs.org/guide/introduction.html 创建vue3工程 【基于 vue-cli创建】 基本和vue-cli的过程类似&#xff0c;只是选择的时候用vue3创建 【基于vite创建】【推荐】 【官网】https://vitejs.cn/ 【可以先去学一下webpack】 步骤 【https://cn.vitejs.…

#QT项目实战(天气预报)

1.IDE&#xff1a;QTCreator 2.实验&#xff1a; 3.记录&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;调用API的Url a.调用API获取IP whois.pconline.com.cn/ipJson.jsp?iphttp://whois.pconline.com.cn/ipJson.jsp?ip if(window.IPCallBack) {IPCallBack({"ip":&quo…

华为海思2024春招数字芯片岗机试题(共9套)

huawei海思2024春招数字芯片岗机试题(共9套&#xff09;&#xff08;WX:didadidadidida313&#xff0c;加我备注&#xff1a;CSDN huawei数字题目&#xff0c;谢绝白嫖哈&#xff09; 题目包含数字集成电路、System Verilog、Verilog2001、半导体制造技术、高级ASIC芯片综合、…

Java实现二叉树(上)

1.树型结构 1.1树型结构的概念 树是一种 非线性 的数据结构&#xff0c;它是由 n &#xff08; n>0 &#xff09;个有限结点组成一个具有层次关系的集合。 把它叫做树是因为它看 起来像一棵倒挂的树&#xff0c;也就是说它是根朝上&#xff0c;而叶朝下的 1.2树型结构的特点…

二 maven构建项目

一 Maven的GAVP Maven工程相对之前的工程&#xff0c;多出一组gavp属性&#xff0c;gav需要我们在创建项目的时指定&#xff0c;p有默认值&#xff0c;后期通过配置文件修改。 GAVP是指 GroupId、ArtifactId、Version、Packaging 等四个属性的缩写&#xff0c;其中前三个是必…

c++的学习之路:14、list(1)

本章讲一下如何使用list&#xff0c;代码在文章末 目录 一、list介绍 二、增 三、删 四、查和改 五、交换 六、代码 一、list介绍 首先还是看一看官方文档的介绍如下图&#xff0c;如下方五点&#xff1a; 1. list是可以在常数范围内在任意位置进行插入和删除的序列式…

element-ui result 组件源码分享

今日简单分享 result 组件的源码实现&#xff0c;主要从以下三个方面&#xff1a; 1、result 组件页面结构 2、result 组件属性 3、result 组件 slot 一、result 组件页面结构 二、result 组件属性 2.1 title 属性&#xff0c;标题&#xff0c;类型 string&#xff0c;无默…

网络基础三——初识IP协议

网络基础三 ​ 数据通过应用层、传输层将数据传输到了网络层&#xff1b; ​ 传输层协议&#xff0c;如&#xff1a;TCP协议提供可靠性策略或者高效性策略&#xff0c;UDP提供实时性策略&#xff0c;保证向下层交付的数据是符合要求的的&#xff1b;而网络层&#xff0c;如&a…

【动态规划-状态压缩dp】【蓝桥杯备考训练】:毕业旅行问题、蒙德里安的梦想、最短Hamilton路径、国际象棋、小国王【已更新完成】

目录 1、毕业旅行问题&#xff08;今日头条2019笔试题&#xff09; 2、蒙德里安的梦想&#xff08;算法竞赛进阶指南&#xff09; 3、最短Hamilton路径&#xff08;《算法竞赛进阶指南》&模板&#xff09; 4、国际象棋&#xff08;第十二届蓝桥杯省赛第二场C A组/B组&#…

Java初始——IDEA-web的启动

Tomcat 文件夹作用 bin 启动 关闭的脚本文件 conf 配置 lib 依赖的jar包 logs 日志 temp 临时文件 webapps 存放的网站 Maven 1.在javaweb中&#xff0c;需要使用大量的jar包&#xff0c;手动导入 2.Maven 架构管理工具 核心&#xff1a;约定大于配置 必须按照规则 web idea-we…

MySQL的列子查询

列子查询 子查询返回的结果是一列&#xff08;可以是多行&#xff09;&#xff0c;这种子查询称为列子查询。 常用的操作符&#xff1a;IN 、NOT IN 、 ANY 、SOME 、 ALL 操作符描述IN在指定的集合范围之内&#xff0c;多选一 NOT IN不在指定的集合范围之内 ANY子查询返回列表…

java 溯本求源之基础(十二)之 Security-kinit、klist和ktab

目录 1.简介 2. kinit&#xff1a;获取Kerberos票据 3. klist&#xff1a;查看Kerberos票据 4 ktab&#xff1a;管理Kerberos密钥表 5.hive连接一些常见的报错 5.1. Unable to obtain password from user 5.2 unknown host 5.3 No valid credentials provided (Mechani…

2024-04-07(复盘前端)

---HTML 1.HTMl骨架 html&#xff1a;整个网页 head&#xff1a;网页头部&#xff0c;用来存放给浏览器看的信息&#xff0c;如css body&#xff1a;网页主体&#xff0c;用来存放给用户看的信息&#xff0c;例如图片和文字 2.标题标签中h1标签只能使用一次&#xff0c;其…