程序员spring security设计模式

设计模式实战 - 解释器模式(Interpreter Patte

2018-11-26  本文已影响16人  紫霞等了至尊宝五百年

0 讲讲运算的核心——模型公式及其如何实现

0.1 业务需求:输入一个模型公式(加、减运算),然后输入模型中的参数,运算出结果

设计要求

● 公式可以运行时编辑,并且符合正常算术书写方式,例如a+b-c
● 高扩展性,未来增加指数、开方、极限、求导等运算符号时较少改动
● 效率可以不用考虑,晚间批量运算

需求不复杂,若仅仅对数字采用四则运算,每个程序员都可以写出来
但是增加了增加模型公式就复杂了

先解释一下为什么需要公式,而不采用直接计算的方法,例如有如下3个公式
● 业务种类1的公式:a+b+c-d
● 业务种类2的公式:a+b+e-d
● 业务种类3的公式:a-f
其中,a、b、c、d、e、f参数的值都可以取得,如果使用直接计算数值的方法需要为每个品种写一个算法,目前仅仅是3个业务种类,那上百个品种呢?凉透了吧!建立公式,然后通过公式运算才是王道

以实现加减法公式为例,说明如何解析一个固定语法逻辑
采用逐步分析方法,带领大家了解实现过程

想想公式中有什么?运算元素和运算符号

共同点是都要被解析,不同点是所有运算元素具有相同的功能,可以用一个类表示
而运算符号则是需要分别进行解释,加法需要加法解析器,减法需要减法解析器

初步分析加减法类图
这是一个很简单的类图
VarExpression用来解析运算元素,各个公式能运算元素的数量是不同的,但每个运算元素都对应一个VarExpression对象
SybmolExpression负责解析符号,由两个子类

解析的工作完成了,我们还需要把安排运行的先后顺序(加减法不用考虑,但是乘除法呢?注意扩展性),并且还要返回结果,因此我们需要增加一个封装类来进行封装处理,由于我们只做运算,暂时还不与业务有关联,定义为Calculator

优化后加减法类图

Calculator的作用是封装,根据迪米特法则,Client只与直接的朋友Calculator交流,与其他类没关系

完整加减法类图

代码实现

其中,getExpStr是从键盘事件中获得的表达式,getValue方法是从键盘事件中获得表达式中的元素映射值
● 首先,要求输入公式。
● 其次,要求输入公式中的参数。
● 最后,运行出结果



我们是不是可以修改公式?当然可以,我们只要输入公式,然后输入相应的值就可以了,公式是在运行时定义的,而不是在运行前就制定好的
先公式,然后赋值,运算出结果

需求已经开发完毕,公式可以自由定义,只要符合规则(有变量有运算符合)就可以运算出结果;若需要扩展也非常容易,只要增加BaseSymbolExpression的子类就可以了,这就是解释器模式。

1 定义与类型

● AbstractExpression——抽象解释器
具体的解释任务由各个实现类完成
具体的解释器分别由TerminalExpressionNon-terminalExpression完成

● TerminalExpression——终结符表达式
实现与文法中的元素相关联的解释操作,通常一个解释器模式中只有一个终结符表达式,但有多个实例,对应不同的终结符
具体到我们例子就是VarExpression类,表达式中的每个终结符都在栈中产生了一个VarExpression对象

● NonterminalExpression——非终结符表达式
文法中的每条规则对应于一个非终结表达式
具体到我们的例子就是加减法规则分别对应到AddExpressionSubExpression
非终结符表达式根据逻辑的复杂程度而增加,原则上每个文法规则都对应一个非终结符表达式

● Context——环境角色
具体到我们的例子中是采用HashMap代替

2 通用源码

解释器是一个比较少用的模式,以下为其通用源码,可以作为参考

3 适用场景

● 重复发生的问题可以使用解释器模式
例如,多个应用服务器,每天产生大量的日志,需要对日志文件进行分析处理,由于各个服务器的日志格式不同,但是数据要素是相同的,按照解释器的说法就是终结符表达式都是相同的,但是非终结符表达式就需要制定了。在这种情况下,可以通过程序来一劳永逸地解决该问题。

● 一个简单语法需要解释的场景
为什么是简单?看看非终结表达式,文法规则越多,复杂度越高,而且类间还要进行递归调用(看看我们例子中的栈)。想想看,多个类之间的调用你需要什么样的耐心和信心去排查问题。因此,解释器模式一般用来解析比较标准的字符集,例如SQL语法分析,不过该部分逐渐被专用工具所取代。

在某些特用的商业环境下也会采用解释器模式,我们刚刚的例子就是一个商业环境,而且现在模型运算的例子非常多,目前很多商业机构已经能够提供出大量的数据进行分析。



尽量不要在重要的模块中使用解释器模式,否则维护会是一个很大的问题。在项目中可以使用shell、JRuby、Groovy等脚本语言来代替解释器模式,弥补Java编译型语言的不足

4 优点

解释器是一个简单语法分析工具,它最显著的优点就是扩展性,修改语法规则只要修改相应的非终结符表达式就可以了,若扩展语法,则只要增加非终结符类就可以了


5 缺点

● 解释器模式会引起类膨胀
每个语法都要产生一个非终结符表达式,语法规则比较复杂时,就可能产生大量的类文件,为维护带来了非常多的麻烦

● 解释器模式采用递归调用方法
每个非终结符表达式只关心与自己有关的表达式,每个表达式需要知道最终的结果,必须一层一层地剥茧,无论是面向过程的语言还是面向对象的语言,递归都是在必要条件下使用的,它导致调试非常复杂。想想看,如果要排查一个语法错误,我们是不是要一个断点一个断点地调试下去,直到最小的语法单元。

● 效率问题
解释器模式由于使用了大量的循环和递归,效率是一个不容忽视的问题,特别是一用于解析复杂、冗长的语法时,效率是难以忍受的。


6 相关设计模式


适配器模式不需要预先知道要适配的规则
而解释器模式则需要将规则写好,并根据规则进行解释

7 实际应用

Java 正则对象

Spring解析器

8 最佳实践

解释器模式在实际的系统开发中使用得非常少,因为它会引起效率、性能以及维护等问题,一般在大中型的框架型项目能够找到它的身影,如一些数据分析工具、报表设计工具、科学计算工具等,若你确实遇到“一种特定类型的问题发生的频率足够高”的情况,准备使用解释器模式时,可以考虑一下Expression4J、MESP(Math Expression String Parser)、Jep等开源的解析工具包(这三个开源产品都可以通过百度、Google搜索到,请读者自行查询),功能都异常强大,而且非常容易使用,效率也还不错,实现大多数的数学运算完全没有问题,自己没有必要从头开始编写解释器。有人已经建立了一条康庄大道,何必再走自己的泥泞小路呢?

上一篇下一篇

猜你喜欢

热点阅读