详解Singleton、Factory、Strategy在项目中的应用

一、前言

前几天阅读一框架文档，里面有一段这样的描述 “从对象工厂中………” ，促使写下本文。尽管一些模式简单和简单，但是常用、有用。

结合最近一个项目场景回顾一下里面应用到的一些模式 Singleton、Factory、Strategy。

• Singleton：创建型模式，负责创建维护一个全局唯一实例
• Factory：创建型模式，对象工厂负责根据标识创建或获取具体的实例对象
• Strategy：行为型/运行时模式，策略负责根据标识控制应用运行时的行为

二、场景上下文

项目需求/场景：通过增加辅助工具使用脚本程序对特定应用程序进行“自动化测试”，内容包括：点击按钮、选择菜单、读取控件内容等。

原始实现：脚本程序 通过计算坐标的方式对特定应用程序进行“自动化测试”。缺点：脚本程序工作量大、依赖按钮屏幕坐标、坐标计算繁杂、依赖屏幕分辨率等。

目标程序简化图：

使用辅助工具前 ：

使用辅助工具后：

三、分析、设计

这里只对 辅助工具 进行分析设计，其它略过。

1、图1 目标程序有以下主要特点：

• 目标程序分为 A-E五个功能区
• 每个功能区有按钮、菜单等相似功能
• 每个功能区有特有功能

2、辅助工具对外提供统一调用

3、辅助工具可以被重复调用，但不支持并发操作

基于以上分析：

• 将 Operator <操控代码或具体操控行为>分为五个具体的 Operator 分别为：AOperator 、BOperator 、COperator 、DOperator 、EOperator ，分别对应操作不同的应用程序区域。
• 使用创建型模式管理 Operator
• 使用锁机制，限制并发
• 外层封装一个单例

四、UML

五、Code Show

1. AuxiliaryToolSingleton 对外提供调用，并用锁机制控制并发。

using System;
using System.Threading;
using DesignPatternDemo.Operator;
​
namespace DesignPatternDemo
{
    public class AuxiliaryToolSingleton
    {
        public static Semaphore OperatorSemaphore = new Semaphore(1, 1);
        private static readonly object OperatorLock = new object();
​
        public static AuxiliaryToolSingleton Instance = new AuxiliaryToolSingleton();
        private AuxiliaryToolSingleton()
        {
            RegistorOperator(OperatorFactory.Instance);
        }
​
        public void CallOperator(string operatorName, params string[] operatorParams)
        {
            //OperatorSemaphore.WaitOne();
            lock (OperatorLock)
            {
                Console.WriteLine($"Call method CallOperator :{operatorName} .Current Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
​
                BaseOperator concreteOperator = OperatorFactory.Instance.GetOperator(operatorName);
                concreteOperator.InitializationParameters(operatorParams);
                concreteOperator.Execute();
            }
​
            //OperatorSemaphore.Release();
        }
​
        public static void RegistorOperator(OperatorFactory factory)
        {
            factory.Register(nameof(AOperator), new AOperator());
            factory.Register(nameof(BOperator), new BOperator());
            factory.Register(nameof(COperator), new COperator());
            factory.Register(nameof(DOperator), new DOperator());
            factory.Register(nameof(EOperator), new EOperator());
        }
    }
}
 AuxiliaryToolSingleton复制代码

2. BaseOperator 操控基类，包含一些公共方法、虚方法、参数信息。

using System;
using System.Threading;
​
namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public class BaseOperator
    {
        public string Name { get; set; }
        public string Description { get; set; }
​
        public void Execute()
        {
            //ToDo
            Thread.Sleep(new Random().Next(0, 5) * 1000);
            Console.WriteLine($"Execute concrete operator:{GetType().Name} .Current Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
            ConcreteOperate($"{GetType().Name}");
        }
        public void InitializationParameters(params string[] operatorParams)
        {
            //ToDo
​
            Console.WriteLine($"Initialization Parameters :{GetType().Name}");
        }
        private void ConcreteOperate(string mark)
        {
            // ToDo
            Console.WriteLine($"The concrete operation :{mark} was performed successfully .\r\n");
        }
        public virtual void ClickButtonByMark(string mark)
        {
            // ToDo
            ConcreteOperate(mark);
        }
​
        public virtual void ClickPopupMenuByMark(string mark)
        {
            // ToDo
            ConcreteOperate(mark);
        }
​
        public virtual void SelectDropdownBoxByIndex(int dropBoxIndex)
        {
            // ToDo
            ConcreteOperate($"{dropBoxIndex}");
        }
    }
}
 BaseOperator复制代码

3. AOperator 具体操控类<比如点击按钮>，实现ISpecialOperateA， 继承BaseOperator。

using System;
​
namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public class AOperator : BaseOperator, ISpecialOperateA
    {
        public void SetContent(string content)
        {
            //ToDo
            Console.WriteLine($"Filled the content:{content} successfully");
        }
        public string GetContent()
        {
            //ToDo
            return $"{new Random().Next()}{Guid.NewGuid()}";
        }
    }
}
​
namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public interface ISpecialOperateA
    {
        void SetContent(string content);
        string GetContent();
    }
}
 AOperator复制代码

4. BOperator 、COperator 、DOperator 具体操控类。

namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public class BOperator : BaseOperator
    {
    }
}
​
namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public class COperator : BaseOperator
    {
    }
}
​
namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public class DOperator : BaseOperator
    {
    }
}
 Concrete Operator复制代码

5. EOperator 具体操控类<比如操控树形控件>，实现ISpecialOperateE， 继承BaseOperator。

using System;
​
namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public class EOperator : BaseOperator, ISpecialOperateE
    {
        public void ClickTreeviewByMark(string mark)
        {
            //ToDo
            Console.WriteLine($"{mark}: execution succeed");
        }
    }
}
​
namespace DesignPatternDemo.Operator
{
    public interface ISpecialOperateE
    {
        void ClickTreeviewByMark(string mark);
    }
}
 EOperator复制代码

6. Factory 工厂类基类，可根据key注册、删除、获取具体类。创建型模式的一种。

using System.Collections.Generic;
​
namespace DesignPatternDemo
{
    public class Factory<TF, TV> where TF : new()
    {
        protected Factory()
        {
            KeyValues = new Dictionary<string, TV>();
        }
​
        public static TF Instance { get; set; } = new TF();
​
        private Dictionary<string, TV> KeyValues { get; }
​
        public TV GetItem(string key)
{
            KeyValues.TryGetValue(key, out TV find);
​
            return find;
        }
        public void Register(string key, TV t)
{
            UnRegister(key);
            KeyValues.Add(key, t);
        }
​
        public void UnRegister(string key)
{
            if (KeyValues.ContainsKey(key)) KeyValues.Remove(key);
        }
    }
}
 Factory复制代码

7. OperatorFactory 具体工厂，继承Factory。

using DesignPatternDemo.Operator;
​
namespace DesignPatternDemo
{
    public class OperatorFactory : Factory<OperatorFactory, BaseOperator>
    {
        public BaseOperator GetOperator(string operatorName)
{
            return GetItem(operatorName);
        }
    }
}
 OperatorFactory复制代码

8. Program 控制台程序，分别使用并行库和Task 多线程调用模拟。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;
using DesignPatternDemo.Operator;
​
namespace DesignPatternDemo
{
    internal class Program
    {
        private static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Hello World!");
​
            List<string> concreteOperators = GetConcreteOperators();
​
            Parallel.ForEach(concreteOperators, current => { CallOperator(current); });
​
            foreach (string operatorName in concreteOperators)
            {
                Task concreteTask = new Task(() => { CallOperator(operatorName); });
                concreteTask.Start();
            }
​
            Console.ReadKey();
        }
        private static List<string> GetConcreteOperators()
        {
            List<string> concreteOperators = new List<string>
            {
                nameof(AOperator),
                nameof(BOperator),
                nameof(COperator),
                nameof(DOperator),
                nameof(EOperator)
            };
            return concreteOperators;
        }
​
        private static void CallOperator(string operatorName, params string[] operatorParams)
        {
            AuxiliaryToolSingleton auxiliaryTool = AuxiliaryToolSingleton.Instance;
            auxiliaryTool.CallOperator(operatorName, operatorParams);
        }
    }
}
 Program复制代码

六、说明、小结

• 本文只是为了说明回顾一些模式的使用、原始项目的业务、代码结构、实现语言均作了更换或简化。
• UML 所描述，可以使用任何OO语言实现。
• 如果条件判断很多可以使用：“表驱动法”、Strategy pattern 规避。
• 模式套路与之相应的场景。
• Demo 代码环境：vs2017 .Net Core2.2

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