设计模式之原型模式(上机考试多套试，每人题目和答案乱序排列场景)
前言：
平常你也付出了很多的时间，但就是没有得到多少收益。就像有时候很多小伙伴问我，我是该怎么学一个我没接触过的内容。我的个人经验非常建议，先不要学太多理论性的内容，而是尝试实际操作下，把要学的内容做一些Demo案例出来。这有点像你买了个自行车是先拆了学学怎么个原理，还是先骑几圈呢？哪怕摔了跟头，但那都是必须经历后留下的经验。
原型模式介绍
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。
其实这种场景经常出现在我们的身边，只不过很少用到自己的开发中，就像；
A:你经常Ctrl+C、Ctrl+V，复制粘贴代码。
B:Java多数类中提供的API方法；Object clone()。
C:细胞的有丝分裂。
案例场景模拟
从纸制版到上机答题，大大小小也有几百场。而以前坐在教室里答题身边的人都是一套试卷，考试的时候还能偷摸或者别人给发信息抄一抄答案。
但从一部分可以上机考试的内容开始，在保证大家的公平性一样的题目下，开始出现试题混排更有做的好的答案选项也混排。这样大大的增加了抄的成本，也更好的做到了考试的公平性。
因为需要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。
在这里模拟了两个试卷题目的类；ChoiceQuestion(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。
选择题
package com.lm.design;
import java.util.Map;
/**
* 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;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Map<String, String> getOption() {
return option;
}
public void setOption(Map<String, String> option) {
this.option = option;
}
public String getKey() {
return key;
}
public void setKey(String key) {
this.key = key;
}
}
问答题
package com.lm.design;
/**
* 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;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getKey() {
return key;
}
public void setKey(String key) {
this.key = key;
}
}
用一坨坨代码实现
一把梭哈代码
package com.lm.design;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
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");
Map<String, String> map03 = new HashMap<String, String>();
map03.put("A", "变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成；");
map03.put("B", "变量不能以数字作为开头；");
map03.put("C", "A和a在java中是同一个变量；");
map03.put("D", "不同类型的变量，可以起相同的名字；");
Map<String, String> map04 = new HashMap<String, String>();
map04.put("A", "STRING");
map04.put("B", "x3x;");
map04.put("C", "void");
map04.put("D", "de$f");
Map<String, String> map05 = new HashMap<String, String>();
map05.put("A", "31");
map05.put("B", "0");
map05.put("C", "1");
map05.put("D", "2");
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"));
choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("变量命名规范说法正确的是", map03, "B"));
choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("以下()不是合法的标识符", map04, "C"));
choiceQuestionList.add(new ChoiceQuestion("表达式(11+3*8)/4%3的值是", map05, "D"));
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"));
answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "牙床"));
answerQuestionList.add(new AnswerQuestion("为什么好马不吃回头草", "后面的草没了"));
// 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。
测试
package com.lm.desgin.test;
import com.lm.design.QuestionBankController;
import org.junit.Test;
public class ApiTest {
@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"));
System.out.println(questionBankController.createPaper("大宝", "1000001921987"));
}
}
A:以上呢就是三位考试的试卷；花花、豆豆、大宝，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。
B: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。
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中获取，甚至有时候需要从远程的RPC中获取。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。
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
题目选项乱序操作工具包
package com.lm.design.util;
import java.util.*;
public class TopicRandomUtil {
/**
* 乱序Map元素，记录对应答案key
* @param option 题目
* @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;
}
optionNew.put(randomKey, option.get(next));
}
return new Topic(optionNew, keyNew);
}
}
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。
克隆对象处理类
package com.lm.design;
import com.lm.design.util.Topic;
import com.lm.design.util.TopicRandomUtil;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Map;
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();
}
}
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。只有这样的拷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。
初始化试卷数据
package com.lm.design;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
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");
Map<String, String> map03 = new HashMap<String, String>();
map03.put("A", "变量由字母、下划线、数字、$符号随意组成；");
map03.put("B", "变量不能以数字作为开头；");
map03.put("C", "A和a在java中是同一个变量；");
map03.put("D", "不同类型的变量，可以起相同的名字；");
Map<String, String> map04 = new HashMap<String, String>();
map04.put("A", "STRING");
map04.put("B", "x3x;");
map04.put("C", "void");
map04.put("D", "de$f");
Map<String, String> map05 = new HashMap<String, String>();
map05.put("A", "31");
map05.put("B", "0");
map05.put("C", "1");
map05.put("D", "2");
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"))
.append(new AnswerQuestion("什么床不能睡觉", "牙床"))
.append(new AnswerQuestion("为什么好马不吃回头草", "后面的草没了"));
}
public String createPaper(String candidate, String number) throws CloneNotSupportedException {
QuestionBank questionBankClone = (QuestionBank) questionBank.clone();
questionBankClone.setCandidate(candidate);
questionBankClone.setNumber(number);
return questionBankClone.toString();
}
}
测试验证
package com.lm.desgin.test;
import com.lm.design.QuestionBankController;
import org.junit.Test;
public class ApiTest {
@Test
public void test_QuestionBank() throws CloneNotSupportedException {
QuestionBankController questionBankController = new QuestionBankController();
System.out.println(questionBankController.createPaper("花花", "1000001921032"));
System.out.println(questionBankController.createPaper("豆豆", "1000001921051"));
System.out.println(questionBankController.createPaper("大宝", "1000001921987"));
}
}
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。
好了 至此设计模式之原型模式(上机考试多套试，每人题目和答案乱序排列场景) 学习结束了 友友们 点点关注不迷路 老铁们！！！！！
原文地址：https://blog.csdn.net/CSDN_LiMingfly/article/details/143630478
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