函数式编程下的模版方法模式

模版方法模式是我们非常常用的几种模式之一。
它定义一个算法中的操作框架，而将一些步骤延迟到子类中。使得子类可以不改变算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。
解决的问题：

1. 提供代码复用性
   将相同部分的代码放在抽象的父类中，而将不同的代码放入不同的子类中

2. 实现了反向控制
   通过一个父类调用其子类的操作，通过对子类的具体实现扩展不同的行为，实现了反向控制 & 符合“开闭原则”
   下面举出一个例子来说明该模式。
   在TCP通讯中，我们通常设计一个通用的数据协议包，这个数据协议包基本上由公用的包头+包体+公用的包尾组成，每一个通讯指令只有包体是不同的，包头和包尾是相同的。而在TCP通讯中，我们需要对这种协议的数据包进行解析。
   Java的TCP通讯，我们最常用的是netty框架，下面以netty框架为基础，说说我们如何通过使用模版方法模式来实现对TCP通讯的数据包进行解析。
   首先是一个抽象的父类：

   @Slf4j
   public abstract class CashboxBaseEncoder {
   public final void encode(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out)
   ｛
   encodeHeader(baseData, out);
   encodeBody(baseData, out);
   encodeTail(baseData, out);
   ｝
   //共10个字节，其中4个字节属于包头，其余type和时间属于包体
   private void encodeHeader(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out)
   {
   log.info("开始写数据包头...");
   out.writeByte(baseData.getBeginDLE());
   out.writeByte(baseData.getStx());
   if (baseData.getType() != ENQ)
   {
   out.writeShortLE(baseData.getLength());
   out.writeByte(baseData.getType().getId());
   out.writeByte(baseData.getSendTime().getMonthValue());
   out.writeByte(baseData.getSendTime().getDayOfMonth());
   out.writeByte(baseData.getSendTime().getHour());
   out.writeByte(baseData.getSendTime().getMinute());
   out.writeByte(baseData.getSendTime().getSecond());
   }
   }
   //共7个字节
   private void encodeTail(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out)
   {
   log.info("开始写数据包尾...");
   out.writeMediumLE(baseData.getId());
   if (baseData.getType() != ENQ) {
   out.writeByte(baseData.getEndDLE());
   out.writeByte(baseData.getEtx());
   out.writeShortLE(getCheckCode(out, baseData.getLength()));
   }
   }
   protected abstract void encodeBody(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out);
   ｝

这就是一个典型的模版方法模式的父类。
我们有一个心跳协议的子类， 大概是这样实现的：

@Slf4j
public class CashboxHeartbeatEncoder extends CashboxBaseEncoder ｛
     @Override
     public void encodeBody(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out)
     {
        log.info("进入心跳包写入...");
        log.debug("心跳包内容："+baseData.toString());
        out.writeByte(baseData.getSendTime().getMonthValue());
        out.writeByte(baseData.getSendTime().getDayOfMonth());
        out.writeByte(baseData.getSendTime().getHour());
        out.writeByte(baseData.getSendTime().getMinute());
        out.writeByte(baseData.getSendTime().getSecond());
     }
｝

同时，我们有一个版本查询协议的子类，是这样实现的：

@Slf4j
public class CashboxVersionCommandEncoder extends CashboxBaseEncoder ｛
    @Override
    public void encodeBody(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out)
    {
        log.info("进入查看版本号命令写入...");
        CashboxVersionReadCommandData data = (CashboxVersionReadCommandData)baseData;
        out.writeByte(data.getModuleType());
        out.writeByte(data.getSubModuleType());
    ｝
｝

一个解析心跳的客户端代码：

CashboxBaseEncoder encoder = new CashboxHeartbeatEncoder();
encoder.encode(baseData, out);

上述代码的类图如下所示：

一个实现了模版方法模式的数据协议包解析类图

上述的功能，用函数式编程实现，显得更为简单和合理。
首先，实现一个函数式接口：

@FunctionalInterface
public interface BodyEncoder
{
    public void encodeBody(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out);
}

上面的“CashboxBaseEncoder”将被改造成如下的代码：

@Slf4j
public class CashboxEncoder {
    public final void encode(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out， BodyEncoder bodyEncoder)
    {
        encodeHeader(baseData, out);
        bodyEncoder.encodeBody(baseData, out);
        encodeTail(baseData, out);
    }
    //共10个字节，其中4个字节属于包头，其余type和时间属于包体
    private void encodeHeader(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out)
    {
        log.info("开始写数据包头...");
        out.writeByte(baseData.getBeginDLE());
        out.writeByte(baseData.getStx());
        if (baseData.getType() != ENQ)
        {
            out.writeShortLE(baseData.getLength());
            out.writeByte(baseData.getType().getId());
            out.writeByte(baseData.getSendTime().getMonthValue());
            out.writeByte(baseData.getSendTime().getDayOfMonth());
            out.writeByte(baseData.getSendTime().getHour());
            out.writeByte(baseData.getSendTime().getMinute());
            out.writeByte(baseData.getSendTime().getSecond());
        }
    }
    //共7个字节
    private void encodeTail(CashboxBaseData baseData, ByteBuf out)
    {
        log.info("开始写数据包尾...");
        out.writeMediumLE(baseData.getId());
        if (baseData.getType() != ENQ) {
            out.writeByte(baseData.getEndDLE());
            out.writeByte(baseData.getEtx());
            out.writeShortLE(getCheckCode(out, baseData.getLength()));
        }
    }
｝

然后，就可以写客户端代码了。
一个解析心跳的客户端代码如下：

CashboxEncoder encoder = new CashboxEncoder();
encoder.encode(baseData1, out1, (baseData, out) -> {
    log.info("进入心跳包写入...");
    log.debug("心跳包内容："+baseData.toString());
    out.writeByte(baseData.getSendTime().getMonthValue());
    out.writeByte(baseData.getSendTime().getDayOfMonth());
    out.writeByte(baseData.getSendTime().getHour());
    out.writeByte(baseData.getSendTime().getMinute());
    out.writeByte(baseData.getSendTime().getSecond());
});

可以看到，由函数式编程实现的模版方法模式，省了很多子类，节省了大量的代码，同时，也带来了相当大的灵活性。
值得使用函数式编程来改造这样的设计模式！