阅读《重学设计模式》笔记4 - 原型模式

2023-07-25  本文已影响0人  欢喜的看着书

一、前言

省略三百字

二、开发环境

  1. JDK 1.8
  2. Idea + Maven

三、原型模式介绍

原型模式

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;

  1. 你经常Ctrl+CCtrl+V,复制粘贴代码。
  2. Java多数类中提供的API方法;Object clone()
  3. 细胞的有丝分裂。

类似以上的场景并不少,但如果让你去思考平时的代码开发中,有用到这样的设计模式吗?确实不那么容易找到,甚至有时候是忽略了这个设计模式的方式。在没有阅读下文之前,也可以思考下哪些场景可以用到。

四、案例场景模拟

场景模拟;考试试卷

每个人都经历过考试,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。

但如果这个公平性的考试需求交给你来完成,你会怎么做?

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

1. 场景模拟工程

└── src
    └── main
        └── java
            └── org.itstack.demo.design
                ├── AnswerQuestion.java
                └── ChoiceQuestion.java

2. 场景简述

2.1 选择题

public class ChoiceQuestion {

    private String name;                 // 题目
    private Map<String, String> option;  // 选项;A、B、C、D
    private String key;                  // 答案;B

    public ChoiceQuestion() {
    }

    public ChoiceQuestion(String name, Map<String, String> option, String key) {
        this.name = name;
        this.option = option;
        this.key = key;
    }

    // ...get/set
}

2.2 问答题

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;
    }

    // ...get/set
}

五、用一坨坨代码实现

今天的实现方式没有ifelse了,但是没有一个类解决不了的业务,只要你胆大!

在以下的例子中我们会按照每一个用户创建试卷的题目,并返回给调用方。

1. 工程结构

└── src
    └── main
        └── java
            └── org.itstack.demo.design
                └── QuestionBankController.java

2. 一把梭实现需求

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();
    }

}

3. 测试验证

接下来我们通过junit单元测试的方式验证接口服务,强调日常编写好单测可以更好的提高系统的健壮度。

编写测试类:

@Test
public 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"));
}

结果:

考生:花花
考号:1000001921032
--------------------------------------------
一、选择题

第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 EE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 ME
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 SE
答案:D

第2题:下列说法正确的是
A:JAVA程序的main方法必须写在类里面
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
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
答案:A

第3题:变量命名规范说法正确的是
A:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
B:变量不能以数字作为开头;
C:A和a在java中是同一个变量;
D:不同类型的变量,可以起相同的名字;
答案:B

第4题:以下()不是合法的标识符
A:STRING
B:x3x;
C:void
D:de$f
答案:C

第5题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:31
B:0
C:1
D:2
答案:D

二、问答题

第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿

第2题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼

第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床

第4题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了


考生:豆豆
考号:1000001921051
--------------------------------------------
一、选择题

第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 EE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 ME
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 SE
答案:D

第2题:下列说法正确的是
A:JAVA程序的main方法必须写在类里面
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
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
答案:A

第3题:变量命名规范说法正确的是
A:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
B:变量不能以数字作为开头;
C:A和a在java中是同一个变量;
D:不同类型的变量,可以起相同的名字;
答案:B

第4题:以下()不是合法的标识符
A:STRING
B:x3x;
C:void
D:de$f
答案:C

第5题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:31
B:0
C:1
D:2
答案:D

二、问答题

第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿

第2题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼

第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床

第4题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了


考生:大宝
考号:1000001921987
--------------------------------------------
一、选择题

第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 EE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 ME
D:JAVA2 HE
E:JAVA2 SE
答案:D

第2题:下列说法正确的是
A:JAVA程序的main方法必须写在类里面
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
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
答案:A

第3题:变量命名规范说法正确的是
A:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
B:变量不能以数字作为开头;
C:A和a在java中是同一个变量;
D:不同类型的变量,可以起相同的名字;
答案:B

第4题:以下()不是合法的标识符
A:STRING
B:x3x;
C:void
D:de$f
答案:C

第5题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:31
B:0
C:1
D:2
答案:D

二、问答题

第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿

第2题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼

第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床

第4题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了

Process finished with exit code 0

六、原型模式重构代码

接下来使用原型模式来进行代码优化,也算是一次很小的重构。

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。

1. 工程结构

└── src
    ├── main
    │   └── java
    │       └── org.itstack.demo.design
    │           ├── util
    │           │   ├── Topic.java
    │           │   └── TopicRandomUtil.java
    │           ├── QuestionBank.java
    │           └── QuestionBankController.java 
    └── test
         └── java
             └── org.itstack.demo.design.test
                 └── ApiTest.java

原型模式模型结构

[图片上传失败...(image-f76f2-1690340848681)]

2. 代码实现

2.1 题目选项乱序操作工具包

/**
 * 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);
}

2.2 克隆对象处理类

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;
    }

    @Override
    public 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;
    }

    @Override
    public 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();
    }

}

这里的主要操作内容有三个,分别是;

2.4 初始化试卷数据

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();
    }

}

3. 测试验证

编写测试类:

@Test
public 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"));
}

结果:

考生:花花
考号:1000001921032
--------------------------------------------
一、选择题

第1题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 Card
B:JAVA2 HE
C:JAVA2 EE
D:JAVA2 ME
E:JAVA2 SE
答案:B

第2题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:1
B:0
C:31
D:2
答案:D

第3题:以下()不是合法的标识符
A:void
B:de$f
C:STRING
D:x3x;
答案:A

第4题:下列说法正确的是
A: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
B:JAVA程序中可以有多个main方法
C:JAVA程序的main方法必须写在类里面
D:JAVA程序中类名必须与文件名一样
答案:C

第5题:变量命名规范说法正确的是
A:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
B:A和a在java中是同一个变量;
C:不同类型的变量,可以起相同的名字;
D:变量不能以数字作为开头;
答案:D

二、问答题

第1题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿

第2题:什么床不能睡觉
答案:牙床

第3题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼

第4题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了


考生:豆豆
考号:1000001921051
--------------------------------------------
一、选择题

第1题:下列说法正确的是
A:JAVA程序中可以有多个main方法
B:JAVA程序的main方法必须写在类里面
C: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
D:JAVA程序中类名必须与文件名一样
答案:B

第2题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:2
B:1
C:31
D:0
答案:A

第3题:以下()不是合法的标识符
A:void
B:de$f
C:x3x;
D:STRING
答案:A

第4题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 Card
B:JAVA2 HE
C:JAVA2 ME
D:JAVA2 EE
E:JAVA2 SE
答案:B

第5题:变量命名规范说法正确的是
A:变量不能以数字作为开头;
B:A和a在java中是同一个变量;
C:不同类型的变量,可以起相同的名字;
D:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
答案:A

二、问答题

第1题:什么床不能睡觉
答案:牙床

第2题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼

第3题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了

第4题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿


考生:大宝
考号:1000001921987
--------------------------------------------
一、选择题

第1题:以下()不是合法的标识符
A:x3x;
B:de$f
C:void
D:STRING
答案:C

第2题:表达式(11+3*8)/4%3的值是
A:31
B:0
C:2
D:1
答案:C

第3题:变量命名规范说法正确的是
A:不同类型的变量,可以起相同的名字;
B:变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成;
C:变量不能以数字作为开头;
D:A和a在java中是同一个变量;
答案:C

第4题:下列说法正确的是
A: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
B:JAVA程序的main方法必须写在类里面
C:JAVA程序中类名必须与文件名一样
D:JAVA程序中可以有多个main方法
答案:B

第5题:JAVA所定义的版本中不包括
A:JAVA2 EE
B:JAVA2 Card
C:JAVA2 HE
D:JAVA2 SE
E:JAVA2 ME
答案:C

二、问答题

第1题:为什么好马不吃回头草
答案:后面的草没了

第2题:小红马和小黑马生的小马几条腿
答案:4条腿

第3题:什么床不能睡觉
答案:牙床

第4题:铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案:头最疼

Process finished with exit code 0

从以上的输出结果可以看到,每个人的题目和答案都是差异化的乱序的,如下图比对结果; - 花花、豆豆、大宝,每个人的试卷都存在着题目和选项的混乱排序

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七、总结

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