第35章　工厂方法模式+策略模式 35.1 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，一听说是银行的IT人员，立马想当然地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（全球500强之一）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，办公系统用它，你想打开自己的邮箱，没有它就甭想了，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、买书等都可以用它，只要这张卡内有余额，在集团内部就是一张借记卡（当然还有一些内部的补助通过该卡发放）。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，可以说它是交易系统的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（Message Queue，消息队列）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（Module）——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，例如食堂内吃饭、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。 在实际的系统开发中，架构设计采用的是一张IC卡绑定两个账户：固定账户和自由账号，本书为了简化描述，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。它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请客，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”。 今天要讲的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（Pluggable），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？它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，它才能产生对象，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呢？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），它的状态不会从一个状态过渡到另一个状态，也就是说它的状态只有一个，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，为了简化该部分的讲义，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，不能让上层的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，我们要先画出类图，做设计要遵循这样一个原则：先选最简单的业务，然后画出类图。那我们先定义交易中用到的两个类：IC卡类和交易类，如图35-1所示。  图35-1 IC卡类和交易类 每个IC卡有三个属性，分别是IC卡号码、固定金额、自由金额，然后通过getter/setter方法来访问，如代码清单35-1所示。 代码清单35-1 IC卡类 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 freeMoney =0;      //getter/setter方法           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 getFreeMoney() {              return freeMoney;      }      public void setFreeMoney(int freeMoney) {              this.freeMoney = freeMoney;      } } 细心的读者可能注意到，金额怎么都是整数类型呀，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，它是由监听程序监听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，我们只要知道它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。如代码清单35-2所示。 代码清单35-2 交易类 public class Trade {      //交易编号      private String tradeNo = "";      //交易金额      private int amount = 0;      //getter/setter方法      public String getTradeNo() {              return tradeNo;      }      public void setTradeNo(String postNo) {              this.tradeNo = postNo;      }      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，类图如图35-2所示。 典型的策略模式，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，如代码清单35-3所示。 代码清单35-3 扣款策略接口 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      public 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，如代码清单35-4所示。 代码清单35-4 扣款策略一 public class SteadyDeduction implements IDeduction {      //固定性交易扣款      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.setFreeMoney(card.getFreeMoney() - halfMoney);              card.setSteadyMoney(card.getSteadyMoney() - halfMoney);              return true;      } }  图35-2 扣款策略类图 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，读者可以想想看，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，有兴趣的读者可以看看MQ的资料。我们在这里的讲解实现的是一个快乐路径，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，如代码清单35-5所示。 代码清单35-5 扣款策略二 public class FreeDeduction implements IDeduction {      //自由扣款      public boolean exec(Card card, Trade trade) {              //直接从自由余额中扣除              card.setFreeMoney(card.getFreeMoney() - 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相互替换的策略，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，如代码清单35-6所示。 代码清单35-6 扣款策略的封装 public class DeductionContext {      //扣款策略      private IDeduction deduction = null;      //构造函数传递策略      public DeductionContext(IDeduction _deduction){              this.deduction = _deduction;      }      //执行扣款      public boolean exec(Card card,Trade trade){              return this.deduction.exec(card, trade);      } } 典型的策略上下文角色。扣款模块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：它把所有的策略类都暴露出去，暴露得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，类图如图35-3所示。  图35-3 策略工厂类图 又是一个简单得不能再简单的模式——工厂方法模式，通过StrategyMan负责对具体策略的映射，如代码清单35-7所示。 代码清单35-7 策略枚举 public enum StrategyMan {      SteadyDeduction("com.cbf4life.common.SteadyDeduction"),      FreeDeduction("com.cbf4life.common.FreeDeduction");      String value = "";      private StrategyMan(String _value){              this.value = _value;      }      public String getValue(){              return this.value;      } } 类似的代码解释过很多遍了，不再多说，它就是一个登记容器，所有的具体策略都在这里登记，然后提供给工厂方法模式。策略工厂如代码清单35-8所示。 代码清单35-8 策略工厂 public class StrategyFactory {      //策略工厂      public static IDeduction getDeduction(StrategyMan strategy){              IDeduction deduction = null;              try {                   deduction = (IDeduction)Class.forName(strategy.getValue()).newInstance();              }  catch (Exception e) {                      // 异常处理              }              return deduction;      } } 一个简单的工厂，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路径，太多情况都没有考虑，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，如代码清单35-9所示。 代码清单35-9 扣款模块封装 public class DeductionFacade {      //对外公布的扣款信息      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      private static StrategyMan getDeductionType(Trade trade){              //模拟操作              if(trade.getTradeNo().contains("abc")){                      return StrategyMan.FreeDeduction;              }else{                      return StrategyMan.SteadyDeduction;              }      } } 这次为什么要先展示代码而后写类图呢？那是因为这段代码比写类图更能让你理解。读者注意一下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。 可能读者要问了，在门面模式中已经明确地说明，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，它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Hepler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，读者在实际应用中，请把该方法放置到其他类中。 好，所有用到的模式都介绍完毕了，我们把完整的类图整理一下，如图35-4所示。  图35-4 扣款子模块完整类图 真实系统比这复杂得多，有了我们之前的分析，这个图还是比较容易看懂的。我们所有的开发都完成了，是不是应该写一个测试类来展示一下我们的成果，如代码清单35-10所示。 代码清单35-10 场景类 public class Client {      //模拟交易      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      private static Card initIC(){              Card card = new Card();              card.setCardNo("1100010001000");              card.setFreeMoney(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余额      public 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.getFreeMoney()/100.0 + " 元");      }      //获得键盘输入      public static String getInput(){              String str ="";              try {                    str=(new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))).readLine();              } catch (IOException e) {                   //异常处理              }              return str;      } } 类比较长，耐心看还是非常简单的，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。 方法介绍完毕了，我们运行一下看看，结果如下所示： ========初始卡信息：========= IC卡编号:1100010001000 固定类型余额：800.0 元 自由类型余额：1000.0 元 请输入交易编号：abcdef 请输入交易金额：10000 ======交易凭证======== abcdef 交易成功！ 本次发生的交易金额为：100.0 元 IC卡编号:1100010001000 固定类型余额：800.0 元 自由类型余额：900.0 元 是否需要退出？(Y/N) 我们模拟了一笔自由消费，直接从自由类型金额中扣除了。我们再模拟一笔固定类型的消费，运行结果如下所示： ========初始卡信息：========= IC卡编号:1100010001000 固定类型余额：800.0 元 自由类型余额：1000.0 元 请输入交易编号：abcdef 请输入交易金额：10000 ======交易凭证======== abcdef 交易成功！ 本次发生的交易金额为：100.0 元 IC卡编号:1100010001000 固定类型余额：800.0 元 自由类型余额：900.0 元 是否需要退出？(Y/N)n 请输入交易编号：1001 请输入交易金额：1234 ======交易凭证======== 1001 交易成功！ 本次发生的交易金额为：12.34 元 IC卡编号:1100010001000 固定类型余额：793.83 元 自由类型余额：893.83 元 是否需要退出？(Y/N) 交易成功！到这里为止，联机交易中的扣款子模块开发完毕了！是不是很简单，银行业的交易系统也就是这么回事！