设计模式-基于原型模式模拟实现题库抽题打乱

原型模式主要解决的问题就是创建重复对象,而这部分对象内容本身比较复杂,生成过程可能从库或者RPC接口中获取数据的耗时较长,因此采用克隆的方式节省时间。下面模拟实现一个上机考试抽题的服务,因此在这里建造一个题库题目的场景类信息,用于创建选择题、问答题。

1. 场景模拟工程

在这里模拟了两个试卷题目的类;Choiceouestion(选择题)、AnswerQuestion(问答题)。如果是实际的业务场景开发中,会有更多的题目类型,可以回忆一下你的高考试卷。

2. 场景简述

2.1 选择题

/**
 * 单选题
 */
public class ChoiceQuestion {

    private String name;                 // 题目
    private Map<String, String> option;  // 选项；A、B、C、D
    private String key;                  // 答案；B

    public ChoiceQuestion() {
    }

    public ChoiceQuestion(String name, Map<String, String> option, String key) {
        this.name = name;
        this.option = option;
        this.key = key;
    }
    //...
}

2.2 问答题

/**
 * 解答题
 */
public class AnswerQuestion {

    private String name;  // 问题
    private String key;   // 答案

    public AnswerQuestion() {
    }

    public AnswerQuestion(String name, String key) {
        this.name = name;
        this.key = key;
    }
    // ...
}

3. 用一坨坨代码实现

在以下的例子中我们会按照每一个用户创建试卷的题目,并返回给调用方。

3.1 工程结构

3.2 一把梭实现需求

public class QuestionBankController {

    public String createPaper(String candidate, String number) {

        List<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();
        List<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();

        Map<String, String> map01 = new HashMap<String, String>();
        map01.put("A", "JAVA2 EE");
        map01.put("B", "JAVA2 Card");
        map01.put("C", "JAVA2 ME");
        map01.put("D", "JAVA2 HE");
        map01.put("E", "JAVA2 SE");

        Map<String, String> map02 = new HashMap<String, String>();
        map02.put("A", "JAVA程序的main方法必须写在类里面");
        map02.put("B", "JAVA程序中可以有多个main方法");
        map02.put("C", "JAVA程序中类名必须与文件名一样");
        map02.put("D", "JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来");

        choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", map01, "D"));
        choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", map02, "A"));
        answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("小红马和小黑马生的小马几条腿", "4条腿"));
        answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是木棒打头疼", "头最疼"));

        // 输出结果
        StringBuilder detail = new StringBuilder("考生：" + candidate + "\r\n" +
                "考号：" + number + "\r\n" +
                "--------------------------------------------\r\n" +
                "一、选择题" + "\r\n\n");

        for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");
            Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();
            for (String key : option.keySet()) {
                detail.append(key).append("：").append(option.get(key)).append("\r\n");
                ;
            }
            detail.append("答案：").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }

        detail.append("二、问答题" + "\r\n\n");

        for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");
            detail.append("答案：").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }

        return detail.toString();
    }

}

• 这样的代码往往都非常易于理解,要什么程序就给什么代码,不面向对象,只面向过程。不考虑扩展性,能用就行。

• 以上的代码主要就三部分内容;首先创建选择题和问答题到集合中、定义详情字符串包装结果、返回结果内容。

• 但以上的代码有一个没有实现的地方就是不能乱序,所有人的试卷顺序都是一样的。如果需要加乱序也是可以的,但复杂度又会增加。这里不展示过多实现，只为后文对比重构。

3.3 测试验证

接下来我们通过junit单元测试的方式验证接口服务,强调日常编写好单测可以更好的提高系统的健壮度.编写测试类:

@Test
public void test_QuestionBankController() {
    QuestionBankController questionBankController = new QuestionBankController();
    System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));
    System.out.println(questionBankController.createPaper("豆豆", "1000001921051"));
}

结果：

考生：花花
考号：1000001921032
--------------------------------------------
一、选择题

第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答案：D

第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main方法必须写在类里面
B：JAVA程序中可以有多个main方法
C：JAVA程序中类名必须与文件名一样
D：JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来
答案：A

二、问答题

第1题：小红马和小黑马生的小马几条腿
答案：4条腿

第2题：铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案：头最疼

考生：豆豆
考号：1000001921051
--------------------------------------------
一、选择题

第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 Card
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 HE
E：JAVA2 SE
答案：D

第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main方法必须写在类里面
B：JAVA程序中可以有多个main方法
C：JAVA程序中类名必须与文件名一样
D：JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来
答案：A

二、问答题

第1题：小红马和小黑马生的小马几条腿
答案：4条腿

第2题：铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案：头最疼

以上呢就是两位考试的试卷;花花、豆豆每个人的试卷内容是一样的这没问题,但是三个人的题目以及选项顺序都是一样,就没有达到我们说希望的乱序要求。而且以上这样的代码非常难扩展,随着题目的不断的增加以及乱序功能的补充,都会让这段代码变得越来越混乱。

4. 原型模式重构代码

原型模式主要解决的问题就是创建大量重复的类,而我们模拟的场景就需要给不同的用户都创建相同的试卷,但这些试卷的题目不便于每次都从库获取,甚至有时候需要从远程的RPC获取。这样都是非常耗时的,而且随着创建对象的增多将严重影响效率。在原型模式中所需要的非常重要的手段就是克隆,在需要用到克隆的类中都需要实现implements Cloneable接口。

4.1 工程结构

• 工程中包括了核心的题库类QuestionBank,题库中主要负责将各个的题目进行组装最终输出试卷.

• 针对每一个试卷都会使用克隆的方式进行复制,复制完成后将试卷中题目以及每个题目的答案进行乱序处理。这里提供了工具包 TopicRandomUtil

4.2 代码实现

4.2.1 题目选项乱序操作工具包

public class TopicRandomUtil {

    /**
     * 乱序Map元素，记录对应答案key
     * @param option 选项
     * @param key    答案
     * @return Topic 乱序后 {A=c., B=d., C=a., D=b.}
     */
    static public Topic random(Map<String, String> option, String key) {
        Set<String> keySet = option.keySet();
        ArrayList<String> keyList = new ArrayList<String>(keySet);
        Collections.shuffle(keyList);
        HashMap<String, String> optionNew = new HashMap<String, String>();
        int idx = 0;
        String keyNew = "";
        for (String next : keySet) {
            String randomKey = keyList.get(idx++);
            if (key.equals(next)) {
                keyNew = randomKey;
            }
            // randomKey 虽然不是按 A,B 的顺序存入，但是 Map 会根据 key 正向排好序
            optionNew.put(randomKey, option.get(next));
        }
        return new Topic(optionNew, keyNew);
    }

}

• 可能你还记得上文里我们提供了Map存储题目选项,同时key的属性存放答案。如果忘记可以往上翻翻

• 这个这个工具类的操作就是将原有Map中的选型乱序操作,也就是A的选项内容给B,B的可能给C,同时记录正确答案在处理后的位置信息。

4.2.2 克隆对象处理类

public class QuestionBank implements Cloneable {

    private String candidate; // 考生
    private String number;    // 考号

    private ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = new ArrayList<ChoiceQuestion>();
    private ArrayList<AnswerQuestion> answerQuestionList = new ArrayList<AnswerQuestion>();

    public QuestionBank append(ChoiceQuestion choiceQuestion) {
        choiceQuestionList.add(choiceQuestion);
        return this;
    }

    public QuestionBank append(AnswerQuestion answerQuestion) {
        answerQuestionList.add(answerQuestion);
        return this;
    }

    @Override
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        QuestionBank questionBank = (QuestionBank) super.clone();
        questionBank.choiceQuestionList = (ArrayList<ChoiceQuestion>) choiceQuestionList.clone();
        questionBank.answerQuestionList = (ArrayList<AnswerQuestion>) answerQuestionList.clone();

        // 题目乱序
        Collections.shuffle(questionBank.choiceQuestionList);
        Collections.shuffle(questionBank.answerQuestionList);
        // 答案乱序
        ArrayList<ChoiceQuestion> choiceQuestionList = questionBank.choiceQuestionList;
        for (ChoiceQuestion question : choiceQuestionList) {
            Topic random = TopicRandomUtil.random(question.getOption(), question.getKey());
            question.setOption(random.getOption());
            question.setKey(random.getKey());
        }
        return questionBank;
    }

    public void setCandidate(String candidate) {
        this.candidate = candidate;
    }

    public void setNumber(String number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public String toString() {

        StringBuilder detail = new StringBuilder("考生：" + candidate + "\r\n" +
                "考号：" + number + "\r\n" +
                "--------------------------------------------\r\n" +
                "一、选择题" + "\r\n\n");

        for (int idx = 0; idx < choiceQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(choiceQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");
            Map<String, String> option = choiceQuestionList.get(idx).getOption();
            for (String key : option.keySet()) {
                detail.append(key).append("：").append(option.get(key)).append("\r\n");;
            }
            detail.append("答案：").append(choiceQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }

        detail.append("二、问答题" + "\r\n\n");

        for (int idx = 0; idx < answerQuestionList.size(); idx++) {
            detail.append("第").append(idx + 1).append("题：").append(answerQuestionList.get(idx).getName()).append("\r\n");
            detail.append("答案：").append(answerQuestionList.get(idx).getKey()).append("\r\n\n");
        }

        return detail.toString();
    }

}

这里的主要操作内容有三个,分别是;

• 两个append(),对各项题目的添加,有点像我们在建造者模式中使用的方式,添加装修物料。

• clone(),这里的核心操作就是对对象的复制,这里的复制不只是包括了本身,同时对两个集合也做了复制。只有这样的挎贝才能确保在操作克隆对象的时候不影响原对象。

• 乱序操作,在List集合中有一个方法,collections.shuffle,可以将原有集合的顺序打乱,输出一个新的顺序。在这里我们使用此方法对题目进行乱序操作。

4.2.3 初始化试卷数据

public class QuestionBankController {

    private QuestionBank questionBank = new QuestionBank();

    public QuestionBankController() {

        Map<String, String> map01 = new HashMap<String, String>();
        map01.put("A", "JAVA2 EE");
        map01.put("B", "JAVA2 Card");
        map01.put("C", "JAVA2 ME");
        map01.put("D", "JAVA2 HE");
        map01.put("E", "JAVA2 SE");

        Map<String, String> map02 = new HashMap<String, String>();
        map02.put("A", "JAVA程序的main方法必须写在类里面");
        map02.put("B", "JAVA程序中可以有多个main方法");
        map02.put("C", "JAVA程序中类名必须与文件名一样");
        map02.put("D", "JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来");

        questionBank.append(new ChoiceQuestion("JAVA所定义的版本中不包括", map01, "D"))
                .append(new ChoiceQuestion("下列说法正确的是", map02, "A"))
                .append(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", map03, "B"))
                .append(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符",map04, "C"))
                .append(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值是", map05, "D"))
                .append(new AnswerQuestion("小红马和小黑马生的小马几条腿", "4条腿"))
                .append(new AnswerQuestion("铁棒打头疼还是木棒打头疼", "头最疼"));
    }

    public String createPaper(String candidate, String number) throws CloneNotSupportedException {
        QuestionBank questionBankClone = (QuestionBank) questionBank.clone();
        questionBankClone.setCandidate(candidate);
        questionBankClone.setNumber(number);
        return questionBankClone.toString();
    }

}

这个类的内容就比较简单了,主要提供对试卷内容的模式初始化操作(所有考生试卷一样，题目顺序不一致)。以及对外部提供创建试卷的方法,在创建的过程中使用的是克隆的方式;(QuestionBank)questionBank.clone();,并最终返回试卷信息。

4.3 测试验证

考生：花花
考号：1000001921032
--------------------------------------------
一、选择题

第1题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 HE
B：JAVA2 EE
C：JAVA2 SE
D：JAVA2 Card
E：JAVA2 ME
答案：A

第2题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main方法必须写在类里面
B：JAVA程序中类名必须与文件名一样
C：JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来
D：JAVA程序中可以有多个main方法
答案：A

二、问答题

第1题：小红马和小黑马生的小马几条腿
答案：4条腿

第2题：铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案：头最疼


考生：豆豆
考号：1000001921051
--------------------------------------------
一、选择题

第1题：下列说法正确的是
A：JAVA程序的main方法必须写在类里面
B：JAVA程序中类名必须与文件名一样
C：JAVA程序的main方法中如果只有一条语句，可以不用{}(大括号)括起来
D：JAVA程序中可以有多个main方法
答案：A

第2题：JAVA所定义的版本中不包括
A：JAVA2 EE
B：JAVA2 SE
C：JAVA2 ME
D：JAVA2 Card
E：JAVA2 HE
答案：E

二、问答题

第1题：小红马和小黑马生的小马几条腿
答案：4条腿

第2题：铁棒打头疼还是木棒打头疼
答案：头最疼

从以上的输出结果可以看到,每个人的题目和答案都是差异化的乱序的.

5. 总结

以上的实际场景模拟了原型模式在开发中重构的作用,但是原型模式的使用频率确实不是很高。如果有一些特殊场景需要使用到,也可以按照此设计模式进行优化。

另外原型设计模式的优点包括;便于通过克隆方式创建复杂对象、也可以避免重复做初始化操作、不需要与类中所属的其他类耦合等。但也有一些缺点如果对象中包括了循环引用的克隆,以及类中深度使用对象的克隆,都会使此模式变得异常麻烦。

终究设计模式是一整套的思想,在不同的场景合理的运用可以提升整体的架构的质量。永远不要想着去硬凑设计模式,否则将会引起过渡设计,以及在承接业务反复变化的需求时造成浪费的开发和维护成本。

初期是代码的优化,中期是设计模式的使用,后期是把控全局服务的搭建。不断的加强自己对全局能力的把控,也加深自己对细节的处理。可上可下才是一个程序员最佳处理方式,选取做合适的才是最好的选择。