设计模式 - 原则及实例讲解

关于设计模式

设计模式是一些典型问题的优秀实践，是自下而上的，设计模式来源于实践。

在编程过程中，相同的问题不断出现，程序员一次次的解决，久而久之，总结出了特定问题的解决方式，并将其看作是优秀的实践。这些优秀实践就是设计模式。从这里可以看出，设计模式是针对场景而言的，并不是使用越多越好，因为设计模式不是科学理论，而是注重实效的。即使是同一个设计模式，在不同的上下文中实现也可能不同。

通常，设计模式由以下几部分组成

• 命名。命名直接体现出了问题和解决方案，必须兼顾简洁性和描述性。
• 问题。模式是为了解决问题而存在的，因此问题及问题发生的环境是设计模式的基础。
• 解决方案。模式的解决方案并非真正的解决方案，更像是一个半成品，编码人员需要根据具体的场景来完成具体的实现。
• 效果。设计模式会带来某种结果，除了收益外，还需要考虑风险。

原则

对于人类来说，存在一些普适原则，适用于不同的人，例如「积极主动」、「要事第一」等。而对于软件开发而言，同样也有普适原则的存在，设计模式之所以称之为优秀实践，就是因为它们的设计符合一些软件开发的通用原则：

• 组合优于继承
• 保持组件的松耦合
• 针对接口编程，而非针对实现编程。
• 封装变化。

案例分析

需求

课程 (Lesson) 分为 固定收费课程 (FixedPriceLesson) 与 计时收费课程 (TimedPriceLesson)，前者一次收费 30，后者一小时收费 5块。

设计

实现

<?php

abstract class Lesson
{

    /**
     * 课程时长
     *
     * @var int
     */
    protected $duration;

    /**
     * Lesson constructor.
     *
     * @param int $duration
     */
    public function __construct(int $duration)
    {
        $this->duration = $duration;
    }

    /**
     * 收费
     *
     * @return int
     */
    abstract function cost(): int;

    /**
     * 收费类型
     *
     * @return string
     */
    abstract function chargeType() : string;
}


class FixedPriceLesson extends Lesson
{
    public function cost(): int
    {
        return 30;
    }

    public function chargeType(): string
    {
        return '固定收费';
    }
}

class TimedPriceLesson extends Lesson
{
    public function cost(): int
    {
        return $this->duration * 5;
    }
    public function chargeType(): string
    {
        return '计时收费';
    }
}

当我们要对课程类型进一步扩展时，就会变得很麻烦。例如，要将课程要分成讲座（Lecture）和 研讨会（Seminar），每种课程又包含了固定收费和即时收费。如果按照继承的思想来设计的话，就会涉及到大量的改动，并且后期的扩展性很差

<?php

abstract class Lesson {}

class Lecture extends Lesson {}
class FixedPriceLesson extends Lecture {}
class TimedPriceLesson extends Lecture {}

我们从设计模式的几个原则来分析下这个例子

• 违反了「组合优于继承」原则 - 所有的功能都通过继承来实现，导致 Lesson 类承担过多的职责；
• 违反了「保持组件的松耦合」原则 - Lesson 类与收费这两者之间是紧密耦合的，这样的话，一个组件的变化必然涉及到另外一个组件的变化，当我们引入新的课程时，就同时需要涉及到 Lesson 和收费的变动，导致代码复杂度增加；
• 违反了「针对接口编程，而非针对实现编程」原则。在该例子中，我们始终是针对具体的实现去编程；
• 没有「封装变化」。收费策略是不断变化的，在该例子中，我们没有将变化的要素封装起来。

重构

按照设计原则，将变化的因素封装起来，这里变化的因素就是「收费」这一行为，同时，针对接口编程，所以需要定义一个抽象的收费策略接口。

设计

定义收费策略接口

<?php

abstract class CostStrategy
{
    abstract public function cost(Lesson $lesson): int;
    abstract public function chargeType(): string;
}

不同的收费策略具体的实现

<?php

class FixedCostStrategy extends CostStrategy
{
    public function cost(Lesson $lesson): int
    {
        return 30;
    }

    public function chargeType(): string
    {
        return "固定收费";
    }
}

class TimedCostStrategy extends CostStrategy
{
    public function cost(Lesson $lesson): int
    {
        return ($lesson->getDuration() * 5);
    }

    public function chargeType(): string
    {
        return "即时收费";
    }
}

父类 Lesson 只需要传入抽象的收费策略接口即可，保证了职责的单一性

<?php

abstract class Lesson
{
    private $duration;
    private $costStrategy;  

    public function __construct(int $duration, CostStrategy $strategy)
    {
        $this->duration = $duration;
        $this->costStrategy = $strategy; 
    }

    public function cost(): int
    {
        return $this->costStrategy->cost($this);
    }

    public function chargeType(): string
    {
        return $this->costStrategy->chargeType();
    }

    public function getDuration(): int
    {
        return $this->duration;
    }
}

class Lecture extends Lesson {}
class Seminar extends Lesson {}

测试

<?php

$lessons1 = new Seminar(4, new TimedCostStrategy());
$lessons2 = new Lecture(4, new FixedCostStrategy());

$lesson1->cost();
$lesson1->chargeType();

$lesson2->cost();
$lesson2->chargeType();

消息通知

最后，在现有的基础上增加消息通知功能，即课程注册成功后，发送通知。对于该功能，可以进行简单的分析

• 通知可以分很多种，邮件、短信等等，因此，需要将这一不断变化的行为进行封装；
• 需要有一个通知管理类，用于注册课程和发送通知；

设计

消息通知

<?php

abstract class Notifier
{

    public static function getNotifier(): Notifier
    {   

        if (rand(1, 2) === 1) { // 方便测试，使用了随机返回，实际上可以根据配置文件来决定返回哪种通知
            return new MailNotifier();
        } else {
            return new TextNotifier();
        }
    }

    abstract public function inform($message);
}

class MailNotifier extends Notifier
{
    public function inform($message)
    {
        print "邮件通知: {$message}\n";
    }
}

class TextNotifier extends Notifier
{
    public function inform($message)
    {
        print "短信通知: {$message}\n";
    }
}

通知管理

<?php

/**
 * 客户端用于注册课程，并发送通知
 */
class RegistrationMgr
{
    public function register(Lesson $lesson)
    {
        $notifier = Notifier::getNotifier();
        $notifier->inform("新课程花费 ({$lesson->cost()})");
    }
}

测试

<?php

$mgr = new RegistrationMgr();
$mgr->register($lessons1);
$mgr->register($lessons2);

参考

• 深入PHP：面向对象、模式与实践（第5版） (豆瓣)

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