设计模式 - 过滤器模式

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引言

过滤器模式（Filter Pattern），也称为标准模式（Criteria Pattern）或链式模式（Chain of Filters Pattern），是一种设计模式，用于从一组对象中筛选出满足特定条件的对象。这种模式通常用于数据库查询或者用户界面中的搜索功能。本文将详细介绍过滤器模式的概念，并通过具体的Java代码示例来说明如何实现这一模式。

一、过滤器模式的基本概念

过滤器模式的主要参与者包括：

1. Criteria：定义了过滤接口。
2. Concrete Criteria：实现了 Criteria 接口，提供了具体的过滤逻辑。
3. And Criteria：组合多个 Criteria 来创建更复杂的过滤条件。
4. Or Criteria：同样用于组合 Criteria，但是用于满足任意一个条件的场景。
5. Client：使用 Criteria 来过滤数据。

二、过滤器模式的实现

接下来，我们将通过一个示例来详细了解过滤器模式的实现步骤。假设我们有一个人员管理系统，需要根据不同的条件来筛选员工列表。

1. 定义过滤接口

首先，定义过滤接口：

public interface Criteria {List<Person> meetCriteria(List<Person> persons);
}

2. 定义具体过滤条件

接下来，定义具体过滤条件的实现类：

public class Person {private String name;private String gender;private String maritalStatus;public Person(String name, String gender, String maritalStatus) {this.name = name;this.gender = gender;this.maritalStatus = maritalStatus;}public String getName() {return name;}public String getGender() {return gender;}public String getMaritalStatus() {return maritalStatus;}@Overridepublic String toString() {return "Person{" +"name='" + name + '\'' +", gender='" + gender + '\'' +", maritalStatus='" + maritalStatus + '\'' +'}';}
}public class MaleCriteria implements Criteria {@Overridepublic List<Person> meetCriteria(List<Person> persons) {List<Person> malePersons = new ArrayList<>();for (Person person : persons) {if ("MALE".equalsIgnoreCase(person.getGender())) {malePersons.add(person);}}return malePersons;}
}public class FemaleCriteria implements Criteria {@Overridepublic List<Person> meetCriteria(List<Person> persons) {List<Person> femalePersons = new ArrayList<>();for (Person person : persons) {if ("FEMALE".equalsIgnoreCase(person.getGender())) {femalePersons.add(person);}}return femalePersons;}
}public class SingleCriteria implements Criteria {@Overridepublic List<Person> meetCriteria(List<Person> persons) {List<Person> singlePersons = new ArrayList<>();for (Person person : persons) {if ("SINGLE".equalsIgnoreCase(person.getMaritalStatus())) {singlePersons.add(person);}}return singlePersons;}
}

3. 定义组合过滤条件

接下来，定义组合过滤条件的实现类：

public class AndCriteria implements Criteria {private Criteria criteria;private Criteria otherCriteria;public AndCriteria(Criteria criteria, Criteria otherCriteria) {this.criteria = criteria;this.otherCriteria = otherCriteria;}@Overridepublic List<Person> meetCriteria(List<Person> persons) {List<Person> firstCriteriaPersons = criteria.meetCriteria(persons);return otherCriteria.meetCriteria(firstCriteriaPersons);}
}public class OrCriteria implements Criteria {private Criteria criteria;private Criteria otherCriteria;public OrCriteria(Criteria criteria, Criteria otherCriteria) {this.criteria = criteria;this.otherCriteria = otherCriteria;}@Overridepublic List<Person> meetCriteria(List<Person> persons) {List<Person> firstCriteriaPersons = criteria.meetCriteria(persons);List<Person> secondCriteriaPersons = otherCriteria.meetCriteria(persons);for (Person person : secondCriteriaPersons) {if (!firstCriteriaPersons.contains(person)) {firstCriteriaPersons.add(person);}}return firstCriteriaPersons;}
}

4. 客户端代码

客户端代码使用 Criteria 来创建具体过滤条件对象，并调用其方法：

public class CriteriaPatternDemo {public static void main(String[] args) {List<Person> persons = new ArrayList<>();// 初始化人员列表persons.add(new Person("Robert", "MALE", "MARRIED"));persons.add(new Person("John", "MALE", "SINGLE"));persons.add(new Person("Laura", "FEMALE", "MARRIED"));persons.add(new Person("Diana", "FEMALE", "SINGLE"));persons.add(new Person("Mike", "MALE", "SINGLE"));persons.add(new Person("Bobby", "MALE", "SINGLE"));Criteria male = new MaleCriteria();Criteria female = new FemaleCriteria();Criteria single = new SingleCriteria();Criteria singleMale = new AndCriteria(single, male);Criteria singleOrFemale = new OrCriteria(single, female);System.out.println("Males: ");printPersons(male.meetCriteria(persons));System.out.println("\nFemales: ");printPersons(female.meetCriteria(persons));System.out.println("\nSingle Males: ");printPersons(singleMale.meetCriteria(persons));System.out.println("\nSingle Or Females: ");printPersons(singleOrFemale.meetCriteria(persons));}private static void printPersons(List<Person> persons) {for (Person person : persons) {System.out.println("Person : [Name : " + person.getName()+ ", Gender : " + person.getGender()+ ", Marital Status : " + person.getMaritalStatus() + "]");}}
}

三、过滤器模式的优点

1. 扩展性：可以轻松地添加新的 Criteria 类来满足新的过滤要求。
2. 复用性：不同的 Criteria 可以被组合起来形成更复杂的过滤条件。
3. 清晰性：每个 Criteria 类只关注单一的过滤逻辑，这使得代码更加清晰易懂。

四、过滤器模式的缺点

1. 性能问题：如果 Criteria 需要在大量数据上进行操作，则可能会导致性能问题。
2. 代码膨胀：随着 Criteria 的增多，代码量可能会变得庞大。

五、过滤器模式的应用场景

过滤器模式适用于以下情况：

1. 查询操作：当需要在数据库查询中使用复杂的过滤条件时。
2. 用户界面：当需要在用户界面上提供高级搜索功能时。
3. 多条件组合：当需要组合多个过滤条件来实现更复杂的逻辑时。

六、过滤器模式的扩展

在实际应用中，可以通过以下方式扩展过滤器模式：

1. 动态组合：允许在运行时动态地组合 Criteria 对象。
2. 参数化 Criteria：允许通过参数来指定具体的过滤条件，从而在运行时动态选择过滤条件。

1. 动态组合 Criteria

public class CriteriaPatternDemo {public static void main(String[] args) {List<Person> persons = new ArrayList<>();// 初始化人员列表Criteria male = new MaleCriteria();Criteria female = new FemaleCriteria();Criteria single = new SingleCriteria();Criteria criteria = new OrCriteria(new AndCriteria(male, single), female);System.out.println("Criteria: Single Male or Female");printPersons(criteria.meetCriteria(persons));}
}

2. 参数化 Criteria

public class CriteriaPatternDemo {public static void main(String[] args) {List<Person> persons = new ArrayList<>();// 初始化人员列表Criteria criteria = createCriteria("male", "single");System.out.println("Criteria: Male and Single");printPersons(criteria.meetCriteria(persons));}private static Criteria createCriteria(String gender, String maritalStatus) {Criteria genderCriteria = null;Criteria maritalStatusCriteria = null;if ("male".equalsIgnoreCase(gender)) {genderCriteria = new MaleCriteria();} else if ("female".equalsIgnoreCase(gender)) {genderCriteria = new FemaleCriteria();}if ("single".equalsIgnoreCase(maritalStatus)) {maritalStatusCriteria = new SingleCriteria();} else if ("married".equalsIgnoreCase(maritalStatus)) {maritalStatusCriteria = new MarriedCriteria(); // 假设这里有一个 MarriedCriteria 类}if (genderCriteria != null && maritalStatusCriteria != null) {return new AndCriteria(genderCriteria, maritalStatusCriteria);}return null;}
}

七、过滤器模式与其他设计模式的关系

过滤器模式经常与工厂模式、策略模式等结合使用。例如，可以使用工厂模式来创建 Criteria 对象，使用策略模式来动态改变过滤策略。

八、总结

过滤器模式是面向对象设计中一种非常有用的模式，特别是在需要处理复杂查询和过滤条件时。在实际编程中，过滤器模式可以用于构建高度可配置和可扩展的系统，尤其是在需要支持多种不同类型的过滤条件时。通过上述实现，你可以根据自己的需求进一步扩展和优化过滤器模式的应用。

过滤器模式虽然简单，但在设计系统时需要考虑到其潜在的问题，比如性能问题和代码膨胀等。正确地使用过滤器模式可以使你的代码更加健壮和易于维护。

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