一个案例搞定策略模式

2020-08-29 本文已影响0人 HurryYu_YZH

提到设计模式，只要是有过开发经验的开发人员都或多或少听过&用过设计模式，比如我们都能信手拈来的「单例模式」、「观察者模式」等等。当然也有我们平时不太常用，但众多优秀的开源框架中广泛使用的设计模式，例如著名的网络框架retrofit使用的「代理模式」、okhttp使用的「责任链模式」。

关于设计模式的文章，网上一搜一大堆，各位前辈都总结得非常好。可以说前人的技术分享大大降低了后人的学习门槛，使中国互联网整体技术水平成指数上升，感谢每一位热爱分享的Coder！

很早以前我就准备写一篇介绍策略模式的文章，但是始终没有一个较好的例子。在最近的项目中，我再次用到了策略模式，于是我决定将其作为本文讲解策略模式的案例。

本文会先直接通过实际案例的形式逐步带入策略模式，最后再给出策略模式的完整定义，这样更容易理解。

为了不偏离主题，提升阅读体验，本文所有代码都经过精简处理。

一、案例前戏

公司参加了某人工智能比赛，AI部门的同事使用TensorFlow训练了一个能根据呼吸音推测患上“肺气肿”概率的模型。需要在Android设备上通过APP + 听诊器完成呼吸音的采集，然后通过模型给出结论。

由于时间紧迫，不知同事从哪里搞来了一个半成品项目，该项目已经实现了呼吸音的采集功能，将音频保存为.wav文件。而我需要做的，就是将采集到的呼吸音交给模型，得出结论。

而TensorFlow模型在Android上是没办法直接使用的，必须要将TensorFlow模型转换为TensorFlow Lite才可以在Android上使用（反正又不是我转o(￣︶￣)o）。

二、案例中期

趁着AI部门的同事还没有将TensorFlow转为TensorFlow Lite之前，我去TensorFlow Lite官网看了看使用文档，一切都是如此美妙，仅需3步就可以搞定一切：

加载并初始化模型文件
调用run方法传入inputObject和outputObject
得到结果

在这个项目中，inputObject其实就是.wav文件的字节数组，由于模型的返回结果是JSON，因此outputObject其实就是String。现在我就放心的摸鱼去了。

摸鱼的时光总是短暂的，不一会儿，同事就给了我TensorFlow Lite的模型文件，后缀是.tflite。按照官方文档的要求，我将模型文件audio.tflite放到了assets目录中，然后编写了如下代码：

private void stopRecord() {
    // 省略其它代码,这里已经获取到了wav录音的File对象
    File wavFile = ...;
    aiCheckLocal(wavFile);
}

private void aiCheckLocal(File file) {
    ByteBuffer buffer = loadModelFile(getAssets());
    // 初始化模型
    Interpreter tfLite = new Interpreter(buffer);
    byte[] inputBytes = FileUtils.fileToByteArray(file);
    String outputStr = "";
    // 调用模型
    tfLite.run(inputBytes, outputStr);
    // 输出模型的结论
    Log.d(TAG, outputStr);
}

private MappedByteBuffer loadModelFile(AssetManager assetManager) {
    // 读取assets目录下tflite模型的代码,无需关心
}

aiCheckLocal方法就是我编写的根据手机采集到的声音数据，利用TensorFlow Lite进行结果推测。大家在看代码的时候，不需要关注具体的细节。

呵呵，不到10分钟就搞定了。一运行，？？？：

Internal error: Unexpected failure when preparing tensor allocations: Encountered unresolved custom op: Switch.
    Node number 10 (Switch) failed to prepare.

最终查明这个错是因为AI部门同事给我的模型有问题，加载不了。短时间内他们也没办法解决，于是他们提出了让我调用接口完成音频数据的推测，也就是将这个过程变为了在线而不是本地模型推测了。同时，还需要我保留本地模型推测的代码，以便后期他们修复模型问题后，还是可以切换为本地模型推测。

这有什么难的，再加个在线推测的方法不就行了：

private void stopRecord() {
    // 省略其它代码,这里已经获取到了wav录音的File对象
    File wavFile = ...;
    aiCheckOnline(wavFile);
}

private void aiCheckOnline(File file) {
    // 通过网络推测代码
    OkHttpClient client = new OkHttpClient();
    MediaType mediaType = MediaType.Companion.parse("multipart/form-data");
    RequestBody fileBody = RequestBody.Companion.create(file, mediaType);

    RequestBody requestBody = new MultipartBody.Builder()
        .setType(MultipartBody.FORM)
        .addFormDataPart("sound", file.getName(), fileBody)
        .build();

    Request request = new Request.Builder()
        .url(REQUEST_RUL)
        .post(requestBody)
        .build();
    
    client.newCall(request).enqueue(new Callback() {
        @Override
        public void onFailure(@NotNull Call call, @NotNull IOException e) {
        }

        @Override
        public void onResponse(@NotNull Call call, @NotNull Response response) throws IOException {
            String jsonStr = response.body().string();
            Log.d(TAG, jsonStr);
        }
    });
}

private void aiCheckLocal(File file) {
    // 本地tflite推测代码 省略
}

我又新增了一个aiCheckOnline的方法用于在线推测。这样，当使用在线推测的时候，调用aiCheckOnline，使用本地模型推测的时候，调用aiCheckLocal即可。但是我们回过头来想想，功能虽然是实现了，但这样真的好吗？现在的代码有如下问题：

所有的实现都放在了同一个类中，导致这个类臃肿
对于调用者来说，对于同一个行为（音频推测）的调用需要知道实现细节（本地 or 网络 or other）
如果多处都需要使用这个推测功能，那么将来切换推测方式（如网络换为本地）的时候，需要修改多处代码

也许你觉得这些都不是问题，因为你已经有解决方案了：对于第一个问题，我们把这些方法写在一个单独的类中不就行了；对于第二个问题，我们在类中对外界提供一个统一个调用方法，在这个方法内部进行判断到底是需要何种实现方案；对于第三个问题，由于我们提供了统一的调用方法，因此这个问题也就不存在了。所以，我们的代码可以改成这样：

public class AiCheck {
    /**
     * 执行推测时的方式
     */
    private int type;

    /**
     * 方式1 本地模型推测
     */
    public static final int TYPE_LOCAL = 1;

    /**
     * 方式二 网络接口推测
     */
    public static final int TYPE_NETWORK = 2;

    public AiCheck(int type) {
        this.type = type;
    }

    public void check(File file) {
        // 根据方式,执行对应的方法
        if (type == TYPE_LOCAL) {
            aiCheckLocal(file);
        } else if (type == TYPE_NETWORK) {
            aiCheckOnline(file);
        }
    }

    private void aiCheckOnline(File file) {
        // 通过网络推测代码
        OkHttpClient client = new OkHttpClient();
        MediaType mediaType = MediaType.Companion.parse("multipart/form-data");
        RequestBody fileBody = RequestBody.Companion.create(file, mediaType);

        RequestBody requestBody = new MultipartBody.Builder()
                .setType(MultipartBody.FORM)
                .addFormDataPart("sound", file.getName(), fileBody)
                .build();

        Request request = new Request.Builder()
                .url(REQUEST_RUL)
                .post(requestBody)
                .build();

        client.newCall(request).enqueue(new Callback() {
            @Override
            public void onFailure(@NotNull Call call, @NotNull IOException e) {
            }

            @Override
            public void onResponse(@NotNull Call call, @NotNull Response response) throws IOException {
                String jsonStr = response.body().string();
                Log.d(TAG, jsonStr);
            }
        });
    }

    private void aiCheckLocal(File file) {
        ByteBuffer buffer = loadModelFile(getAssets());
        // 初始化模型
        Interpreter tfLite = new Interpreter(buffer);
        byte[] inputBytes = FileUtils.fileToByteArray(file);
        String outputStr = "";
        // 调用模型
        tfLite.run(inputBytes, outputStr);
        // 输出模型的结论
        Log.d(TAG, outputStr);
    }

    private MappedByteBuffer loadModelFile(AssetManager assetManager) {
        // 读取assets目录下tflite模型的代码,无需关心
    }
}

这样，我们的调用就可以变为这样：

private AiCheck aiCheck = new AiCheck(AiCheck.TYPE_NETWORK);

private void stopRecord() {
    // 省略其它代码,这里已经获取到了wav录音的File对象
    File wavFile = ...;
    aiCheck.check(wavFile);
}

调用就变得如此清爽了。但是这样真的就没有任何问题了吗？其实还是有的：

无论我们要修改本地推测还是在线推测，我们都需要在AiCheck这个类中直接修改
假如我们要新增另一种方式，我们还是只能在AiCheck中新增，并且还要提供对应的type类型，还要增加一次if判断
如果日后针对音频推测，变种出10种方式，那么AiCheck类中就会有10个方法、10个type，10个if判断与之对应，才能满足需要

这...怎么办？

三、案例高潮

到了这个时间点，必须要放出大招了——策略模式。我们知道设计模式分为了三类：创建型、行为型、结构型，而策略模式属于行为型。先不谈其定义，我们来看看如何使用策略模式改进当前的问题。

首先，对于我们要实现的这个功能，行为只有一个，那就是音频推测，因此我们可以将这个行为抽象成一个接口：

/**
 * 行为接口
 */
public interface IAudioCheckBehavior {
    void check(File wavFile);
}

接着，在当前的情况下，针对这个行为，我们需要两种实现方案：本地模型推测和在线推测。我们分别写两个类来实现这两种方案：

本地模型推测方案：

public class LocalAudioCheck implements IAudioCheckBehavior {
  @Override
    public void check(File wavFile) {
      ByteBuffer buffer = loadModelFile(getAssets());
        // 初始化模型
        Interpreter tfLite = new Interpreter(buffer);
        byte[] inputBytes = FileUtils.fileToByteArray(file);
        String outputStr = "";
        // 调用模型
        tfLite.run(inputBytes, outputStr);
        // 输出模型的结论
        Log.d(TAG, outputStr);
    }
    
    private MappedByteBuffer loadModelFile(AssetManager assetManager) {
      // 读取assets目录下tflite模型的代码,无需关心
  }
}

在线接口推测方案：

public class OnlineAudioCheck implements IAudioCheckBehavior {
  @Override
    public void check(File wavFile) {
        // 通过网络推测代码
        OkHttpClient client = new OkHttpClient();
        MediaType mediaType = MediaType.Companion.parse("multipart/form-data");
        RequestBody fileBody = RequestBody.Companion.create(file, mediaType);

        RequestBody requestBody = new MultipartBody.Builder()
                .setType(MultipartBody.FORM)
                .addFormDataPart("sound", file.getName(), fileBody)
                .build();

        Request request = new Request.Builder()
                .url(REQUEST_RUL)
                .post(requestBody)
                .build();

        client.newCall(request).enqueue(new Callback() {
            @Override
            public void onFailure(@NotNull Call call, @NotNull IOException e) {
            }

            @Override
            public void onResponse(@NotNull Call call, @NotNull Response response) throws IOException {
                String jsonStr = response.body().string();
                Log.d(TAG, jsonStr);
            }
        });
    }
}

这两种方案都实现了IAudioCheckBehavior接口，并各自用自己的方式实现了接口中的check方法。如果后期要增加新的实现方案呢？我们可以再定义一个类，并实现IAudioCheckBehavior接口就行了，不会在原有类中去添加或修改代码。

最后，我们还需要定义一个Context类，这个类的作用是设置一个具体的策略供外界使用：

public class AudioCheckContext {
    private IAudioCheckBehavior behavior;

    public AudioCheckContext() {
        this.behavior = new OnlineAudioCheck();
    }

    public void setAudioCheckBehavior(IAudioCheckBehavior behavior) {
        this.behavior = behavior;
    }

    public void check(File wavFile) {
        behavior.check(wavFile);
    }
}

注意，这个behavior是IAudioCheckBehavior类型的，可赋值为它的任意子类，比如OnlineAudioCheck或是LocalAudioCheck，这其实就是多态的思想。如果外界没有明确指定，则behavior的默认实现是OnlineAudioCheck，当然外界也可手动指定behavior的实现类。

没错，这就是策略模式在本案例中的完整实现了，下面用起来就很爽了：

private AudioCheckContext audioCheckContext = new AudioCheckContext();

private void stopRecord() {
    // 省略其它代码,这里已经获取到了wav录音的File对象
    File wavFile = ...;
    audioCheckContext.check(wavFile);
}

首先创建了AudioCheckContext对象，然后调用了AudioCheckContext的check方法，在check方法内部，会去调用IAudioCheckBehavior的check方法，由于我们没有在外界设置IAudioCheckBehavior，因此它的实现类默认是OnlineAudioCheck，转而就会去走在线推测音频的逻辑。

真爽，如果哪天AI部门的同事把模型搞定了，要求我改为本地模型推测，我只需新增或修改一行代码：

方式一：新增一行代码：

private AudioCheckContext audioCheckContext = new AudioCheckContext();

private void stopRecord() {
    // 省略其它代码,这里已经获取到了wav录音的File对象
    File wavFile = ...;
    // 新增的代码在这里
    audioCheckContext.setAudioCheckBehavior(new LocalAudioCheck());
    audioCheckContext.check(wavFile);
}

方式二：修改一行代码：

public class AudioCheckContext {
    private IAudioCheckBehavior behavior;

    public AudioCheckContext() {
      // 修改的代码在这里,原来是OnlineAudioCheck,现在是LocalAudioCheck
        this.behavior = new LocalAudioCheck();
    }

    public void setAudioCheckBehavior(IAudioCheckBehavior behavior) {
        this.behavior = behavior;
    }

    public void check(File wavFile) {
        behavior.check(wavFile);
    }
}

如果我发现本地推测的实现代码有问题，直接去对应的LocalAudioCheck类修复就好了，不会影响到其它功能。

四、策略模式的定义

好了，现在是时候来看看策略模式的定义了：

定义了算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户

有了上面的案例，理解这个定义就容易多了。

总结一下策略模式的核心思想：将变化的部分独立出来，将它们单独实现成算法类，并且这些算法是可以相互替换且对调用者隐藏实现细节。

一个案例搞定策略模式

一、案例前戏

二、案例中期

三、案例高潮

四、策略模式的定义

猜你喜欢

热点阅读