工厂方法模式+策略模式。

た入场券 2024-02-19 12:13 5阅读 0赞

## 迷你版的交易系统 ##

大家可能对银行的交易系统充满敬畏之情，一听说是英航的IT人员立马想当然的认为这是个很厉害的人物，那我们今天就来对银行的交易系统做一个初步探讨。国内一家大型集团计划建立全国“一卡通”计划，每个员工配备一张IC卡，该卡基本上就是万能的，门禁系统用它，办公系统用他，你想打开自己的邮箱，没有他的甭想了，它还可以用来进行消费，比如到食堂吃饭，到园区内的商店消费，甚至洗澡、理发、借书、买书等都可以用他，只要这张卡内有余额，在集团内部就是一张借记卡。我们要讲解的就是“一卡通”项目联机交易子系统，类似于银行的交易系统，可以说他是交易系统的mini版吧。

该项目具有一定的挑战性，集团公司的架构分为三层：总部、省级分部、市级机构，业务要求是“一卡通”推广到全国，一名员工从北京出差到了上海，凭一卡通能在北京做的事情在上海同样能完成。对于联机交易子项目，异地分支机构与总部之间的通信采用了MQ传递消息，也就是我们观察者模式的BOSS版，与目前的通过POS机刷信用卡基本上是一个道理。

联机交易子系统有一个非常重要的子模块——扣款子模块。这个模块太重要了！从业务上来说，扣款失败就代表着所有的商业交易关闭，这是不允许发生的；从技术上来说，扣款的异常处理、事务处理、鲁棒性都是不容忽视的，特别是饭点时间，并发量是很恐怖的，这对架构师提出了很高的要求。

我们详细分析一下扣款子模块，每个员工都有一张IC卡，他的IC卡上有以下两种金额。

*  固定金额

固定金额是指员工不能提现的金额，这部分金额只能用来特定消费，即员工日常必需的消费，例如食堂内、理发、健身等活动。

*  自由金额

自由金额是可以提现的，当然也可以用于消费。每个月初，总部都会为每个员工的IC卡中打入固定数量的金额，然后提倡大家在集团内的商店消费。

在实际系统开发中，架构设计采用的是一张IC卡绑定两个账户：固定账户和自由账户，为了简化描述，还是使用固定金额和自由金额的概念。既然有消费，系统肯定有扣款处理，系统内有两套扣款规则。

*  扣款策略一

该类型的扣款会对IC卡上的两个金额产生影响，计算公式如下：

IC卡固定余额=IC卡现有固定余额-交易金额/2

IC卡自由余额=IC卡现有自由金额-交易金额/2

也就是说，该类型的消费分别在固定金额和自由金额上各扣除一半。他适用于固定消费场景例如吃饭、理发等情况下的扣款，这么做是为了防止乱情况，你请别人吃饭时自己也要出一半。

*  扣款策略二

全部从自由金额上扣除，由于集团内的各种消费、服务非常齐全，而且比市面价格稍低，员工还是很乐意到这里消费的，而且很多员工本身就住在集团附近，基本上就是“公司即家，家即公司”。

这里重点就是这两种消费的扣款策略该怎样设计？要知道这种联机交易，日后允许大规模变更的可能性基本上是零，所以系统设计的时候要做到可拆卸，避免日后维护的大量开支。

很明显，这是一个策略模式的实际应用，但是你还记得策略模式是有缺陷的吗？他的具体策略必须暴露出去，而且还要由上层模块初始化，这不合适，与迪米特法则有冲突，高层次模块对低层次的模块应该仅仅处在“接触”的层次上，而不应该是“耦合”的关系，否则，维护的工作量就会非常大。问题提出了，那我们就应该想办法来修改这个缺陷，正好工厂方法模式可以帮我们产生指定的对象，但是问题又来了，工厂方法模式要指定一个类，他才能产生对象，怎么办？引入一个配置文件进行映射，避免系统僵化情况的发生，我们以枚举类完成该任务。

还有一个问题，一个交易的扣款模式是固定的，根据其交易编号而定，那我们怎样把交易编号与扣款策略对应起来的？采用状态模式或责任链模式都可以，如果采用状态则认为交易编号就是一个交易对象的状态，对于一笔确定的交易（一个已经生成了的对象），他的状态不会从一个状态过渡到另一个状态，也就是说他的状态只有一个，执行完毕后即结束，不存在多状态的问题；如果采用责任链模式，则可以用交易编码作为链中的判断依据，由每个执行节点进行判断，返回相应的扣款模式。但是在实际中，采用了关系型数据库存储扣款规则与交易编码的对应关系，为了简化该部分，我们在下面的设计中使用了条件判断语句来代替。

还有，这么复杂的扣款模块总要进行一个封装吧，不能让上层业务模块直接深入到模块的内部，于是门面模式又摆在了眼前。

分析完毕，我们先定义交易中用到的两个类：IC卡类和交易类。

每个IC卡有三个属性，分别是IC卡好吗、固定金额、自由金额，然后通过getter/setter方法来访问，如下所示。

public class Card {
    	// IC卡号码
    	private String cardNo = "";
    	// 卡内的固定交易金额
    	private int steadyMoney = 0;
    	// 卡内自由交易金额
    	private int feeMoney = 0;
    
    	public String getCardNo() {
    		return cardNo;
    	}
    
    	public void setCardNo(String cardNo) {
    		this.cardNo = cardNo;
    	}
    
    	public int getSteadyMoney() {
    		return steadyMoney;
    	}
    
    	public void setSteadyMoney(int steadyMoney) {
    		this.steadyMoney = steadyMoney;
    	}
    
    	public int getFeeMoney() {
    		return feeMoney;
    	}
    
    	public void setFeeMoney(int feeMoney) {
    		this.feeMoney = feeMoney;
    	}
    
    }

金额怎么都是整数类型？应该是double类型或者BigDecimal类型呀。是，一般非银行的交易系统，比如超市的收银系统，系统内都是存放的int类型，在显示的时候才转换为货币类型。

交易信息Trade类，负责记录每一笔交易，他是由监听程序监听MQ队列而产生的，有两个属性：交易编号和交易金额，其中的交易编号对整个交易非常重要，18位字符（在银行的交易系统中，这里可不是字符串，一般是十进制数字或二进制数字，要考虑系统的性能，数字运算可比字符运算快得多），包括POS机编号、商户编号、校验码等，我们这里暂时用不到，就不多做介绍，我们只要知道他是一个非常有用的编码就成。交易金额为整数类型，实际金额放大100倍即可。如下所示。

public class Trade {
    	// 交易编号
    	private String tradeNo = "";
    
    	// 交易金额
    	private int amount = 0;
    
    	public String getTradeNo() {
    		return tradeNo;
    	}
    
    	public void setTradeNo(String tradeNo) {
    		this.tradeNo = tradeNo;
    	}
    
    	public int getAmount() {
    		return amount;
    	}
    
    	public void setAmount(int amount) {
    		this.amount = amount;
    	}
    
    }

两个最简单也是在应用中最常使用的对象定义完毕，下面就需要来定义策略了，非常明显的策略模式，扣款有两种策略：固定扣款和自由扣款。下面我们来看代码，先看抽象策略，也就是扣款接口，如下所示。

public interface IDeduction {
    	/**
    	 * 扣款，提供交易和卡信息，进行扣款，并返回扣款是否成功
    	 * 
    	 * @param card
    	 * @param trade
    	 * @return
    	 */
    	boolean exec(Card card, Trade trade);
    }

固定扣款的规则是固定金额和自由金额各扣除交易金额的一半，如下所示。

public class SteadyDeduction implements IDeduction {
    
    	@Override
    	public boolean exec(Card card, Trade trade) {
    		// 固定金额和自由金额各扣除50%
    		int halfMoney = (int) Math.rint(trade.getAmount() / 2.0);
    		card.setFeeMoney(card.getFeeMoney() - halfMoney);
    		card.setSteadyMoney(card.getSteadyMoney() - halfMoney);
    		return true;
    	}
    
    }

这个具体策略也非常简单，就是两个金额各自减去交易额的一半（注意除数是2.0，可不是2），然后再四舍五入，算法确实简单。该逻辑没有考虑账户余额不足的情况，也没有考虑异常情况，比如并发情况，一张卡有两笔消费同时发生时，是不是就发生错误了？一张卡同时有两笔消费会出现这种情况吗？会的，网络阻塞的情况，MQ多通道发送，在网络繁忙的情况下是有可能出现该问题，这里就不多介绍，有兴趣可以看看MQ的资料。我们在这里是一个快乐路径，认为所有的交易都是在安全可靠的环境中发生的，并且所有的系统环境都满足我们的要求。我们再来看另一个策略，这个策略更简单，如下所示。

public class FreeDeduction implements IDeduction {
    
    	@Override
    	public boolean exec(Card card, Trade trade) {
    		// 直接从自由余额中扣除
    		card.setFeeMoney(card.getFeeMoney() - trade.getAmount());
    		return true;
    	}
    
    }

卡内的自由金额减去交易金额再修改卡内自由金额就完事了，异常情况不考虑。这两个具体的策略与我们的交易类型没有任何关系，也不应该有关系，策略模式就是提供两个可以交互替换的策略，至于在什么时候使用什么策略，则不是由策略模式来决定的。策略模式还有一个角色没出场，即封装角色，如下所示。

public class DeductionContext {
    	// 扣款策略
    	private IDeduction deduction = null;
    
    	/**
    	 * 构造函数传递策略
    	 * 
    	 * @param deduction
    	 */
    	public DeductionContext(IDeduction deduction) {
    		this.deduction = deduction;
    	}
    
    	/**
    	 * 执行扣款
    	 * 
    	 * @param card
    	 * @param trade
    	 * @return
    	 */
    	public boolean exec(Card card, Trade trade) {
    		return this.deduction.exec(card, trade);
    	}
    }

典型的策略上下文角色。扣款模式的策略已经定义完毕了，然后需要想办法解决策略模式的缺陷：他把所有的策略类都暴露出去，暴露的越多以后的修改风险也就越大。怎么修改呢？增加一个映射配置文件，实现策略类的隐藏。我们使用枚举担当此任，对策略类进行映射处理，避免高层模块直接访问策略类，同时由工厂方法模式根据映射产生策略对象。

通过StrategyMan负责对具体策略的映射，如下所示。

public enum StrategyMan {
    	SteadyDeduction("com.test.SteadyDeduction"), 
    	FreeDeduction("com.test.FreeDeduction");
    
    	String value = "";
    
    	private StrategyMan(String value) {
    		this.value = value;
    	}
    
    	public String getValue() {
    		return value;
    	}
    }

他是一个登记容器，所有的具体策略都在这里登记，然后提供给工厂方法模式。策略工厂如下所示。

public class StrategyFactory {
    	/**
    	 * 策略工厂
    	 * 
    	 * @param strategy
    	 * @return
    	 */
    	public static IDeduction getDeduction(StrategyMan strategy) {
    		IDeduction deduction = null;
    		try {
    			deduction = (IDeduction) Class.forName(strategy.getValue()).newInstance();
    		} catch (InstantiationException | IllegalAccessException
    				| ClassNotFoundException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    		return deduction;
    	}
    }

一个简单地工厂，根据策略管理类的枚举项创建一个策略对象，简单而实用，策略模式的缺陷也弥补成功。那这么复杂的系统怎么让高层模块访问？（你看不出复杂？那是因为我们写的都是快乐途径，太多情况没有考虑，在实际项目中仅就并发处理和事务管理这两部分就够你头疼了。）既然系统很复杂，是不是需要封装一下。我们请出门面模式进行封装，如下所示。

public class DeductionFacade {
    	/**
    	 * 对外公布的扣款信息
    	 * 
    	 * @param card
    	 * @param trade
    	 * @return
    	 */
    	public static Card deduct(Card card, Trade trade) {
    		// 获得消费策略
    		StrategyMan reg = getDeductionType(trade);
    		// 初始化一个消费策略对象
    		IDeduction deduction = StrategyFactory.getDeduction(reg);
    		// 产生一个策略上下文
    		DeductionContext context = new DeductionContext(deduction);
    		// 进行扣款处理
    		context.exec(card, trade);
    		// 返回扣款处理完毕后的数据
    		return card;
    	}
    
    	/**
    	 * 获得对应的商户消费策略
    	 * 
    	 * @param trade
    	 * @return
    	 */
    	private static StrategyMan getDeductionType(Trade trade) {
    		// 模拟操作
    		if (trade.getTradeNo().contains("abc")) {
    			return StrategyMan.FreeDeduction;
    		} else {
    			return StrategyMan.SteadyDeduction;
    		}
    	}
    }

注意一下getDeductionType方法，这个方法在实际项目中是存在的，但是与上面的写法有天壤之别，因为在实际项目中，数据库中保存了策略代码与交易编码的对应关系，直接通过数据库的SQL语句就可以返回对应的扣款策略。这里我们采用大家最熟悉的条件转移来实现，也是比较清晰和容易理解的。

可能要问了，在门面模式中已经明确的说明，门面类中不允许有业务逻辑存在，但是你这里还是有了一个getDeductionType方法，他可代表的是一个判断逻辑呀，这是为什么呢？是的，该方法完全可以移到其他Helper类中，由于我们是示例代码，暂没有明确的业务含义，故编写在此处，在实际应用中，请把该方法放置到其他类中。

测试类如下所示。

public class Client {
    	/**
    	 * 模拟交易
    	 * 
    	 * @param args
    	 */
    	public static void main(String[] args) {
    		// 初始化一张IC卡
    		Card card = initIC();
    		// 显示一下卡内信息
    		System.out.println("======初始卡信息：======");
    		showCard(card);
    		// 是否停止运行标志
    		boolean flag = true;
    		while (flag) {
    			Trade trade = createTrade();
    			DeductionFacade.deduct(card, trade);
    			// 交易成功，打印出成功处理消息
    			System.out.println("\n======交易凭证======");
    			System.out.println(trade.getTradeNo() + " 交易成功！ ");
    			System.out.println("本次发生的交易金额为：" + trade.getAmount() / 100.0 + " 元");
    			// 展示一下卡内信息
    			showCard(card);
    			System.out.print("\n是否需要退出？（Y/N）");
    			if (getInput().equalsIgnoreCase("y")) {
    				flag = false; // 退出
    			}
    		}
    	}
    
    	/**
    	 * 初始化一个IC卡
    	 * 
    	 * @return
    	 */
    	private static Card initIC() {
    		Card card = new Card();
    		card.setCardNo("1100010001000");
    		card.setFeeMoney(100000); // 1000元
    		card.setSteadyMoney(80000); // 800元
    		return card;
    	}
    
    	// 产生一条交易
    	private static Trade createTrade() {
    		Trade trade = new Trade();
    		System.out.print("请输入交易编号：");
    		trade.setTradeNo(getInput());
    		System.out.print("请输入交易金额：");
    		trade.setAmount(Integer.parseInt(getInput()));
    		// 返回交易
    		return trade;
    	}
    
    	/**
    	 * 打印出当前卡内交易金额
    	 * 
    	 * @param card
    	 */
    	private static void showCard(Card card) {
    		System.out.println("IC卡编号：" + card.getCardNo());
    		System.out.println("固定类型余额：" + card.getSteadyMoney() / 100.0 + " 元");
    		System.out.println("自由类型余额：" + card.getFeeMoney() / 100.0 + " 元");
    	}
    
    	/**
    	 * 获得键盘输入
    	 * 
    	 * @return
    	 */
    	private static String getInput() {
    		String str = "";
    		try {
    			str = (new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();
    		} catch (IOException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    		return str;
    	}
    }

类比较长，耐心看还是非常简单地，对其中Client类的方法说明如下：

*  initIC方法

初始化一张IC卡，方便进行测试。

*  createTrade方法

创建一笔交易，完成测试任务。

*  showCard方法

显示IC卡内的信息。

*  getInput方法

获得从键盘输入的字符，以回车符作为终结标志。

## 小结 ##

回顾一下我们在该案例中使用了几个模式。

*  策略模式

负责对扣款策略进行封装，保证两个策略可以自由切换，而且日后增加扣款策略也非常容易。

*  工厂方法模式

修正策略模式必须对外暴露具体策略的问题，由工厂方法模式直接产生一个具体策略对象，而其他模块则不需要依赖具体的策略。

*  门面模式

负责对复杂的扣款系统进行封装，封装的结果就是避免高层模块深入子系统内部，同时提供系统的高内聚、低耦合的特性。

我们主要使用了这三个模式，他们的好处是灵活、稳定，我们可以设想一下可能有哪些业务变化。

扣款策略变更

增加一个新扣款策略，三步就可以完成：实现IDeduction接口，增加StrategyMan配置项，扩展扣款策略的利用（也就是门面模式的getDeductionType方法，在实际项目中这里只需要增加数据库的配置项）。减少一个策略很简单，修改扣款策略的利用即可。变更一个扣款策略也很简单，扩展一个实现类就可以了。

变更扣款策略的利用规则

我们系统不想大修改，可以用状态模式，这个就是为策略的利用服务的，变更他就能满足需求。想把IC卡也纳入策略利用的规则也不复杂。其实这个变更还真发生了，系统投产后，业务提出考虑退休人员的情况，退休人员的IC卡与普通在职员工一样，但是他的扣款不仅仅是根据交易编码，还要根据IC卡对象，系统的变更做法是增加一个扣款策略，同时扩展扣款利用策略，也就是数据库的配置项，在getDeductionType中新扩展了一个功能：根据IC卡号，确认是否是退休人员，是退休人员，则使用新的扣款策略，这是一个非常简单的扩展。