行為型模式應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

行為型模式(Behavioral Pattern)是對(duì)在不同的對(duì)象之間劃分責(zé)任和算法的抽象化，它是 GoF 設(shè)計(jì)模式中最為龐大的一類模式，包含以下 11 種：模板方法(Template Method)模式、策略(Strategy)模式、命令(Command)模式、職責(zé)鏈(Chain of Responsibility)模式、狀態(tài)(State)模式、觀察者(Observer)模式、中介者(Mediator)模式、迭代器(Iterator)模式、訪問者(Visitor)模式、備忘錄(Memento)模式、解釋器(Interpreter)模式。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

本實(shí)驗(yàn)的主要目的如下。

⒈了解 11 種“行為型模式”的定義、特點(diǎn)和工作原理。

⒉理解 11 種“行為型模式”的結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用場景。

⒊學(xué)會(huì)應(yīng)用 11 種“行為型模式”進(jìn)行軟件開發(fā)。

實(shí)驗(yàn)原理

⒈行為型模式的工作原理

行為型模式用于描述程序在運(yùn)行時(shí)復(fù)雜的流程控制，即描述多個(gè)類或?qū)ο笾g怎樣相互協(xié)作共同完成單個(gè)對(duì)象無法單獨(dú)完成的任務(wù)，它涉及算法與對(duì)象間職責(zé)的分配。

按照其顯示方式的不同，行為型模式可分為類行為模式和對(duì)象行為模式，其中類行為型模式使用繼承關(guān)系在幾個(gè)類之間分配行為，主要通過多態(tài)等方式來分配父類與子類的職責(zé);對(duì)象行為型模式則使用對(duì)象的組合或聚合關(guān)聯(lián)關(guān)系來分配行為，主要是通過對(duì)象關(guān)聯(lián)等方式來分配兩個(gè)或多個(gè)類的職責(zé)。

由于組合關(guān)系或聚合關(guān)系比繼承關(guān)系耦合度低，滿足“合成復(fù)用原則”所以對(duì)象行為模式比類行為模式具有更大的靈活性。

如果按目的來分，行為型模式共 11 種，每種模式的工作原理在前面的教程中都有詳細(xì)的介紹，每種模式的實(shí)驗(yàn)大概要花 2 個(gè)學(xué)時(shí)，大家可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃來選做若干個(gè)實(shí)驗(yàn)。下面以觀察者模式為例，介紹其實(shí)驗(yàn)過程。

⒉觀察者模式的工作原理

觀察者模式是一種對(duì)象行為型模式，用于解決多個(gè)對(duì)象間存在的一對(duì)多的依賴關(guān)系。在現(xiàn)實(shí)世界中，許多對(duì)象并不是獨(dú)立存在的，其中一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或者多個(gè)其他對(duì)象也發(fā)生改變，如物價(jià)與消費(fèi)者、股價(jià)與股民、天氣預(yù)報(bào)與農(nóng)民、警察與小偷、事件源與事件處理 者等。這種模式有時(shí)又稱作發(fā)布-訂閱模式、模型-視圖模式，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

圖1 觀察者模式的結(jié)構(gòu)圖

觀察者模式包含如下角色。

① 抽象主題/目標(biāo)(Subject)角色：提供了一個(gè)用于保存觀察者對(duì)象的聚集類和一個(gè)管理觀察者對(duì)象的接口，它包含了增加、刪除和通知所有觀察者的抽象方法。

② 具體主題/目標(biāo)(Concrete Subject)角色：實(shí)現(xiàn)抽象目標(biāo)中的方法，當(dāng)具體目標(biāo)的內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，通知所有注冊過的觀察者對(duì)象。

③ 抽象觀察者(Observer)角色：定義一個(gè)更新接口，它包含了一個(gè)更新自己的抽象方法。

④ 具體觀察者(Concrete Observer)角色：實(shí)現(xiàn)抽象觀察者定義的更新接口，以便在得到目標(biāo)更改通知時(shí)更新自身的狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

⒈用觀察者模式設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈的事件處理程序。

分析：“交通信號(hào)燈”是事件源和目標(biāo)，各種“車”是事件監(jiān)聽器和具體觀察者，“信號(hào)燈顏色” 是事件類。

⒉按照以上要求設(shè)計(jì)類圖和編寫 Java 源程序。

實(shí)驗(yàn)要求

所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)程序要滿足以下兩點(diǎn)。

⒈體現(xiàn)“觀察者模式”的工作原理。

⒉符合面向?qū)ο笾械?ldquo;開閉原則”。

實(shí)驗(yàn)步驟

⒈用 UML 設(shè)計(jì)“交通信號(hào)燈事件處理程序”的結(jié)構(gòu)圖。

“交通信號(hào)燈事件處理程序”的結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。

圖2 交通信號(hào)燈事件處理程序的結(jié)構(gòu)圖

⒉根據(jù)結(jié)構(gòu)圖寫出“交通信號(hào)燈事件處理程序”的源代碼。交通信號(hào)燈事件處理程序的源代碼如下。

package observer;
import java.util.*;
public class SignalLightEvent
{
    public static void main(String[] args)
    {
        SignalLight light=new SignalLight();//交通信號(hào)燈（事件源）    
        light.addVehicleListener(new Car());  //注冊監(jiān)聽器（轎車）
        light.addVehicleListener(new Buses());//注冊監(jiān)聽器（公交車）
        light.changeColor("紅色");
        System.out.println("------------");   
        light.changeColor("綠色");
    }
}
//信號(hào)燈顏色
class SignalColor extends EventObject
{   
    private String color; //"紅色"和"綠色"
    public SignalColor(Object source,String color)
    {
        super(source);
        this.color=color;
    }
    public void setColor(String color)
    {
          this.color=color;
    }
    public String getColor()
    {
        return this.color;
    }
}
//目標(biāo)類：事件源，交通信號(hào)燈
class SignalLight
{    
    private List listener; //監(jiān)聽器容器
    public SignalLight()
    {
        listener=new ArrayList();        
    }
    //給事件源綁定監(jiān)聽器 
    public void addVehicleListener(Vehicle vehicle)
    { 
        listener.add(vehicle); 
    }
    //事件觸發(fā)器：信號(hào)燈改變顏色。
    public void changeColor(String color)
    {
        System.out.println(color+"信號(hào)燈亮...");
        SignalColor event=new SignalColor(this, color);   
        notifies(event);    //通知注冊在該事件源上的所有監(jiān)聽器           
    }   
    //當(dāng)事件發(fā)生時(shí),通知綁定在該事件源上的所有監(jiān)聽器做出反應(yīng)（調(diào)用事件處理方法）
    protected void notifies(SignalColor e)
    {
        Vehicle vehicle=null; 
        Iterator iterator=listener.iterator(); 
        while(iterator.hasNext())
        {
            vehicle=iterator.next(); 
            vehicle.see(e); 
        } 
    }
}
//抽象觀察者類：車
interface  Vehicle extends EventListener
{
    //事件處理方法，看見
    public void see(SignalColor e);
}
//具體觀察者類：轎車
class Car implements Vehicle
{
    public void see(SignalColor e)
    {        
        if("紅色".equals(e.getColor()))
        {
            System.out.println("紅燈亮，轎車停！");           
        }
        else
        {
            System.out.println("綠燈亮，轎車行！");   
        }          
    }
}
//具體觀察者類： 公交車
class Buses implements Vehicle
{
    public void see(SignalColor e)
    {        
        if("紅色".equals(e.getColor()))
        {
            System.out.println("紅燈亮，公交車停！");           
        }
        else
        {
            System.out.println("綠燈亮，公交車行！");   
        }          
    }
}

⒊上機(jī)測試程序，寫出運(yùn)行結(jié)果。

交通信號(hào)燈事件處理程序的運(yùn)行結(jié)果如下：

紅色信號(hào)燈亮...
紅燈亮，轎車停！
紅燈亮，公交車停！
------------
綠色信號(hào)燈亮...
綠燈亮，轎車行！
綠燈亮，公交車行！

⒋按同樣的步驟設(shè)計(jì)其他“觀察者模式”的程序?qū)嵗?/p>

⒌寫出實(shí)驗(yàn)心得。