【设计模式之美】策略模式实践：不同大小（采用不同的策略）文件进行排序

文章目录

一. 问题与解决思路
二. 代码实现与分析
- 1. 业务代码逻辑的架子
- 2. 代码重构：使用策略模式来解耦代码逻辑
三. 进一步：满足开闭原则:使用注解或配置文件

设计原则和思想其实比设计模式更加普适和重要，掌握了代码的设计原则和思想，我们甚至可以自己创造出来新的设计模式。—《设计模式之美》王争

一. 问题与解决思路

假设有这样一个需求，希望写一个小程序，实现对一个文件进行排序的功能。如果文件涉及到的文件有不同规模的，如下

10GB 大小，因为内存有限（比如只有 8GB 大小），我们没办法一次性加载文件中的所有数据到内存中，这个时候，我们就要利用外部排序算法（ing）了。

100GB 大小，我们为了利用 CPU 多核的优势，可以在外部排序的基础之上进行优化，加入多线程并发排序的功能，这就有点类似“单机版”的 MapReduce。

1TB 大小，即便是单机多线程排序，这也算很慢了。这个时候，我们可以使用真正的 MapReduce 框架，利用多机的处理能力，提高排序的效率。

很明显不同大小的文件需要使用不同的算法逻辑去实现，而不同的算法逻辑就可以使用策略模式将算法逻辑解耦，具体算法实现不是本文的重点，我们来看下策略模式是如何实现这个代码架构的。

二. 代码实现与分析

1. 业务代码逻辑的架子

如下逻辑架子，简单实现了算法的一些流程步骤，具体算法暂时不实现。

public class Sorter {
  private static final long GB = 1000 * 1000 * 1000;

  public void sortFile(String filePath) {
    // 省略校验逻辑
    File file = new File(filePath);
    long fileSize = file.length();
    if (fileSize < 6 * GB) { // [0, 6GB)
      quickSort(filePath);
    } else if (fileSize < 10 * GB) { // [6GB, 10GB)
      externalSort(filePath);
    } else if (fileSize < 100 * GB) { // [10GB, 100GB)
      concurrentExternalSort(filePath);
    } else { // [100GB, ~)
      mapreduceSort(filePath);
    }
  }

  private void quickSort(String filePath) {
    // 快速排序
  }

  private void externalSort(String filePath) {
    // 外部排序
  }

  private void concurrentExternalSort(String filePath) {
    // 多线程外部排序
  }

  private void mapreduceSort(String filePath) {
    // 利用MapReduce多机排序
  }
}

public class SortingTool {
  public static void main(String[] args) {
    Sorter sorter = new Sorter();
    sorter.sortFile(args[0]);
  }
}

2. 代码重构：使用策略模式来解耦代码逻辑

分析下需求和代码结构：

策略定义与创建：每种排序类都是无状态的，我们没必要在每次使用的时候，都重新创建一个新的对象。所以，我们可以使用工厂模式对对象的创建进行封装。

策略的使用：这里的 if-else 逻辑分支不多、也不复杂，这样写完全没问题。当然你也可以使用查表法

接下来我们分别实现这几个方面

策略定义：

public interface ISortAlg {
  void sort(String filePath);
}

public class QuickSort implements ISortAlg {
  @Override
  public void sort(String filePath) {
    //...
  }
}

...
ExternalSort implements ISortAlg
ConcurrentExternalSort implements ISortAlg
MapReduceSort implements ISortAlg 
...

策略实现：

public class SortAlgFactory {
  private static final Map<String, ISortAlg> algs = new HashMap<>();

  static {
    algs.put("QuickSort", new QuickSort());
    algs.put("ExternalSort", new ExternalSort());
    algs.put("ConcurrentExternalSort", new ConcurrentExternalSort());
    algs.put("MapReduceSort", new MapReduceSort());
  }

  public static ISortAlg getSortAlg(String type) {
    if (type == null || type.isEmpty()) {
      throw new IllegalArgumentException("type should not be empty.");
    }
    return algs.get(type);
  }
}
。。。
}

策略使用：

public class Sorter {
  private static final long GB = 1000 * 1000 * 1000;
  private static final List<AlgRange> algs = new ArrayList<>();
  static {
    algs.add(new AlgRange(0, 6*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("QuickSort")));
    algs.add(new AlgRange(6*GB, 10*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ExternalSort")));
    algs.add(new AlgRange(10*GB, 100*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ConcurrentExternalSort")));
    algs.add(new AlgRange(100*GB, Long.MAX_VALUE, SortAlgFactory.getSortAlg("MapReduceSort")));
  }

  public void sortFile(String filePath) {
    // 省略校验逻辑
    File file = new File(filePath);
    long fileSize = file.length();
    ISortAlg sortAlg = null;
    for (AlgRange algRange : algs) {
    //如果处于某一个范围就选定这个，并结束循环
      if (algRange.inRange(fileSize)) {
        sortAlg = algRange.getAlg();
        break;
      }
    }
    sortAlg.sort(filePath);
  }

  private static class AlgRange {
    private long start;
    private long end;
    //AlgRange封装策略类与策略类型，这样就能去除if else
    private ISortAlg alg;

    public AlgRange(long start, long end, ISortAlg alg) {
      this.start = start;
      this.end = end;
      this.alg = alg;
    }

    public ISortAlg getAlg() {
      return alg;
    }

    public boolean inRange(long size) {
      return size >= start && size < end;
    }
  }
}

三. 进一步：满足开闭原则:使用注解或配置文件

即便这样，当我们添加新的排序算法的时候，还是需要修改策略实现与选择的代码，并不完全符合开闭原则。

有什么办法让我们完全满足开闭原则呢？

对于 Java 语言来说，我们可以通过反射来避免对策略工厂类的修改。具体是这么做的：

我们通过一个配置文件或者自定义的 annotation 来标注都有哪些策略类；策略工厂类读取配置文件或者搜索被 annotation 标注的策略类，然后通过反射动态地加载这些策略类、创建策略对象；

当我们新添加一个策略的时候，只需要将这个新添加的策略类添加到配置文件或者用 annotation 标注即可。

当添加新的排序算法时，我们只需要改动配置文件即可，不需要改动代码。

参考：《设计模式之美》–王争

秒客网