解释器模式的原理和实现
命令模式的原理解读命令模式的英文翻译是 Command Design Pattern。在 GoF 的《设计模式》一书中，它是这么定义的：
The command pattern encapsulates a request as an object, thereby letting us parameterize other objects with different requests, queue or log requests, and support undoable operations.
翻译成中文就是下面这样。为了帮助你理解，我对这个翻译稍微做了补充和解释，也一起放在了下面的括号中。
命令模式将请求（命令）封装为一个对象，这样可以使用不同的请求参数化其他对象（将不同请求依赖注入到其他对象），并且能够支持请求（命令）的排队执行、记录日志、撤销等（附加控制）功能。
假设我们定义了一个新的加减乘除计算“语言”，语法规则如下：运算符只包含加、减、乘、除，并且没有优先级的概念；表达式（也就是前面提到的“句子”）中，先书写数字，后书写运算符，空格隔开；按照先后顺序，取出两个数字和一个运算符计算结果，结果重新放入数字的最头部位置，循环上述过程，直到只剩下一个数字，这个数字就是表达式最终的计算结果。 比如“ 8 3 2 4 - * ”这样一个表达式，我们按照上面的语法规则来处理，取出数字“8 3”和“-”运算符，计算得到 5，于是表达式就变成了“ 5 2 4 * ”。然后，我们再取出“ 5 2 ”和“ ”运算符，计算得到 7，表达式就变成了“ 7 4 * ”。最后，我们取出“ 7 4”和“ * ”运算符，最终得到的结果就是 28。
解释器模式的代码实现比较灵活，没有固定的模板。我们前面也说过，应用设计模式主要是应对代码的复杂性，实际上，解释器模式也不例外。它的代码实现的核心思想，就是将语法解析的工作拆分到各个小类中，以此来避免大而全的解析类。一般的做法是，将语法规则拆分成一些小的独立的单元，然后对每个单元进行解析，最终合并为对整个语法规则的解析。
前面定义的语法规则有两类表达式，一类是数字，一类是运算符，运算符又包括加减乘除。利用解释器模式，我们把解析的工作拆分到 NumberExpression、AdditionExpression、SubstractionExpression、MultiplicationExpression、DivisionExpression 这样五个解析类中。
按照这个思路，我们对代码进行重构，重构之后的代码如下所示。当然，因为加减乘除表达式的解析比较简单，利用解释器模式的设计思路，看起来有点过度设计。不过呢，这里我主要是为了解释原理，你明白意思就好，不用过度细究这个例子。
代码语言：javascript复制public interface Expression {
long interpret();
}
public class NumberExpression implements Expression {
private long number;
public NumberExpression(long number) {
this.number = number;
}
public NumberExpression(String number) {
this.number = Long.parseLong(number);
}
@Override
public long interpret() {
return this.number;
}
}
public class AdditionExpression implements Expression {
private Expression exp1;
private Expression exp2;
public AdditionExpression(Expression exp1, Expression exp2) {
this.exp1 = exp1;
this.exp2 = exp2;
}
@Override
public long interpret() {
return exp1.interpret() exp2.interpret();
}
}
// SubstractionExpression/MultiplicationExpression/DivisionExpression与AdditionExpression代码结构类似，这里就省略了
public class ExpressionInterpreter {
private Deque<Expression> numbers = new LinkedList<>();
public long interpret(String expression) {
String[] elements = expression.split(" ");
int length = elements.length;
for (int i = 0; i < (length 1)/2; i) {
numbers.addLast(new NumberExpression(elements[i]));
}
for (int i = (length 1)/2; i < length; i) {
String operator = elements[i];
boolean isValid = " ".equals(operator) || "-".equals(operator)
|| "*".equals(operator) || "/".equals(operator);
if (!isValid) {
throw new RuntimeException("Expression is invalid: " expression);
}
Expression exp1 = numbers.pollFirst();
Expression exp2 = numbers.pollFirst();
Expression combinedExp = null;
if (operator.equals(" ")) {
combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
} else if (operator.equals("-")) {
combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
} else if (operator.equals("*")) {
combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
} else if (operator.equals("/")) {
combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
}
long result = combinedExp.interpret();
numbers.addFirst(new NumberExpression(result));
}
if (numbers.size() != 1) {
throw new RuntimeException("Expression is invalid: " expression);
}
return numbers.pop().interpret();
}
}解释器模式实战举例
接下来，我们再来看一个更加接近实战的例子，也就是咱们今天标题中的问题：如何实现一个自定义接口告警规则功能？
为了简化讲解和代码实现，我们假设自定义的告警规则只包含“||、&&、>、<、==”这五个运算符，其中，“>、<、==”运算符的优先级高于“||、&&”运算符，“&&”运算符优先级高于“||”。在表达式中，任意元素之间需要通过空格来分隔。除此之外，用户可以自定义要监控的 key。
代码语言：javascript复制public class AlertRuleInterpreter {
// key1 > 100 && key2 < 1000 || key3 == 200
public AlertRuleInterpreter(String ruleExpression) {
//TODO:由你来完善
}
//<String, Long> apiStat = new HashMap<>();
//apiStat.put("key1", 103);
//apiStat.put("key2", 987);
public boolean interpret(Map<String, Long> stats) {
//TODO:由你来完善
}
}
public class DemoTest {
public static void main(String[] args) {
String rule = "key1 > 100 && key2 < 30 || key3 < 100 || key4 == 88";
AlertRuleInterpreter interpreter = new AlertRuleInterpreter(rule);
Map<String, Long> stats = new HashMap<>();
stats.put("key1", 101l);
stats.put("key3", 121l);
stats.put("key4", 88l);
boolean alert = interpreter.interpret(stats);
System.out.println(alert);
}
}实际上，我们可以把自定义的告警规则，看作一种特殊“语言”的语法规则。我们实现一个解释器，能够根据规则，针对用户输入的数据，判断是否触发告警。利用解释器模式，我们把解析表达式的逻辑拆分到各个小类中，避免大而复杂的大类的出现。按照这个实现思路，我把刚刚的代码补全，如下所示，你可以拿你写的代码跟我写的对比一下。
代码语言：javascript复制public interface Expression {
boolean interpret(Map<String, Long> stats);
}
public class GreaterExpression implements Expression {
private String key;
private long value;
public GreaterExpression(String strExpression) {
String[] elements = strExpression.trim().split("\s ");
if (elements.length != 3 || !elements[1].trim().equals(">")) {
throw new RuntimeException("Expression is invalid: " strExpression);
}
this.key = elements[0].trim();
this.value = Long.parseLong(elements[2].trim());
}
public GreaterExpression(String key, long value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
@Override
public boolean interpret(Map<String, Long> stats) {
if (!stats.containsKey(key)) {
return false;
}
long statValue = stats.get(key);
return statValue > value;
}
}
// LessExpression/EqualExpression跟GreaterExpression代码类似，这里就省略了
public class AndExpression implements Expression {
private List<Expression> expressions = new ArrayList<>();
public AndExpression(String strAndExpression) {
String[] strExpressions = strAndExpression.split("&&");
for (String strExpr : strExpressions) {
if (strExpr.contains(">")) {
expressions.add(new GreaterExpression(strExpr));
} else if (strExpr.contains("<")) {
expressions.add(new LessExpression(strExpr));
} else if (strExpr.contains("==")) {
expressions.add(new EqualExpression(strExpr));
} else {
throw new RuntimeException("Expression is invalid: " strAndExpression);
}
}
}
public AndExpression(List<Expression> expressions) {
this.expressions.addAll(expressions);
}
@Override
public boolean interpret(Map<String, Long> stats) {
for (Expression expr : expressions) {
if (!expr.interpret(stats)) {
return false;
}
}
return true;
}
}
public class OrExpression implements Expression {
private List<Expression> expressions = new ArrayList<>();
public OrExpression(String strOrExpression) {
String[] andExpressions = strOrExpression.split("\|\|");
for (String andExpr : andExpressions) {
expressions.add(new AndExpression(andExpr));
}
}
public OrExpression(List<Expression> expressions) {
this.expressions.addAll(expressions);
}
@Override
public boolean interpret(Map<String, Long> stats) {
for (Expression expr : expressions) {
if (expr.interpret(stats)) {
return true;
}
}
return false;
}
}
public class AlertRuleInterpreter {
private Expression expression;
public AlertRuleInterpreter(String ruleExpression) {
this.expression = new OrExpression(ruleExpression);
}
public boolean interpret(Map<String, Long> stats) {
return expression.interpret(stats);
}
} 在告警规则解析的例子中，如果我们要在表达式中支持括号“（）”，那如何对代码进行重构呢？你可以把它当作练习，试着编写一下代码。
重点回顾
解释器模式的代码实现比较灵活，没有固定的模板。我们前面说过，应用设计模式主要是应对代码的复杂性，解释器模式也不例外。它的代码实现的核心思想，就是将语法解析的工作拆分到各个小类中，以此来避免大而全的解析类。一般的做法是，将语法规则拆分一些小的独立的单元，然后对每个单元进行解析，最终合并为对整个语法规则的解析。
参考
设计模式之美设计模式代码重构-极客时间 https://time.geekbang.org/column/intro/250
