Java流水线Pipeline设计模式-51CTO.COM

概述

管道模式背后的主要思想是创建一组操作（管道）并通过它传递数据。跟责任链和装饰器模式相比，Pipeline的主要优势在于它对结果的类型具有灵活性。

管道可以处理任何类型的输入和输出。

不可变管道

让我们创建一个不可变的管道的例子。从管道接口开始：

public interface Pipe<IN, OUT> {
    OUT process(IN input);
}

这是一个非常简单的接口，只有一个方法，它接受输入并产生输出。接口是参数化的，我们可以在其中提供任何实现。

现在，让我们创建一个管道类：

public class Pipeline<IN, OUT> {

    private Collection<Pipe<?, ?>> pipes;

    private Pipeline(Pipe<IN, OUT> pipe) {
        pipes = Collections.singletonList(pipe);
    }

    private Pipeline(Collection<Pipe<?, ?>> pipes) {
        this.pipes = new ArrayList<>(pipes);
    }

    public static <IN, OUT> Pipeline<IN, OUT> of(Pipe<IN, OUT> pipe) {
        return new Pipeline<>(pipe);
    }

    public <NEW_OUT> Pipeline<IN, NEW_OUT> withNextPipe(Pipe<OUT, NEW_OUT> pipe) {
        final ArrayList<Pipe<?, ?>> newPipes = new ArrayList<>(pipes);
        newPipes.add(pipe);
        return new Pipeline<>(newPipes);
    }

    public OUT process(IN input) {
        Object output = input;
        for (final Pipe pipe : pipes) {
            output = pipe.process(output);
        }
        return (OUT) output;
    }
}

因为我们需要一个类型安全级别，并且不允许使管道失效，所以在添加新管道时，将产生一个新的独立管道。

简单管道

我们可以稍微简化上面的例子，并完全去掉Pipeline类：

public interface Pipe<IN, OUT> {
    OUT process(IN input);

    default <NEW_OUT> Pipe<IN, NEW_OUT> add(Pipe <OUT, NEW_OUT> pipe) {
        return input -> pipe.process(process(input));
    }
}

与以前使用管道的实现相比，此解决方案非常简单和灵活。

改进

我们可以用现有的Function接口替代它：

public interface Function<T, R> {
    //...
    R apply(T t);
    //...
}

此外，Function接口包含两个有用的方法，其中一个是andThen：

default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
    Objects.requireNonNull(after);
    return (T t) -> after.apply(apply(t));
}

我们可以使用它来代替以前的add方法。此外，Function接口提供了一种在管道开始时添加函数的方法：

default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
    Objects.requireNonNull(before);
    return (V v) -> apply(before.apply(v));
}

通过使用Function，我们可以创建非常灵活和易于使用的管道：

@Test
void whenCombiningThreeFunctions_andInitializingPipeline_thenResultIsCorrect() {
    Function<Integer, Integer> square = s -> s * s;
    Function<Integer, Integer> half = s -> s / 2;
    Function<Integer, String> toString = Object::toString;
    Function<Integer, String> pipeline = square.andThen(half)
        .andThen(toString);
    String result = pipeline.apply(5);
    String expected = "12";
    assertEquals(expected, result);
}

我们可以使用BiFunctions扩展管道：

@Test
void whenCombiningFunctionAndBiFunctions_andInitializingPipeline_thenResultIsCorrect() {
    BiFunction<Integer, Integer, Integer> add = Integer::sum;
    BiFunction<Integer, Integer, Integer> mul = (a, b) -> a * b;
    Function<Integer, String> toString = Object::toString;
    BiFunction<Integer, Integer, String> pipeline = add.andThen(a -> mul.apply(a, 2))
        .andThen(toString);
    String result = pipeline.apply(1, 2);
    String expected = "6";
    assertEquals(expected, result);
}

因为andThen方法采用Function，所以我们必须将mul BiFunction转换为一个Function。

结论

Pipeline模式适用于流式递归传递输入和处理后的输出，对于比较简单的场景，使用Java函数接口是挺不错的选项。