行为型模式之算法的封装与切换（策略模式）

完整解决方案

为了实现打折算法的复用，并能够灵活地向系统中增加新的打折方式，Sunny软件公司开发人员使用策略模式对电影院打折方案进行重构，重构后基本结构如图所示：

在图中，MovieTicket充当环境类角色，Discount充当抽象策略角色，StudentDiscount、ChildrenDiscount 和VIPDiscount充当具体策略角色。完整代码如下所示：

//电影票类：环境类
class MovieTicket {
        private double price;
        private Discount discount; //维持一个对抽象折扣类的引用

        public void setPrice(double price) {
            this.price = price;
        }

        //注入一个折扣类对象
        public void setDiscount(Discount discount) {
            this.discount = discount;
        }

        public double getPrice() {
            //调用折扣类的折扣价计算方法
            return discount.calculate(this.price);
        }
}

//折扣类：抽象策略类
interface Discount {
        public double calculate(double price);
}

    //学生票折扣类：具体策略类
    class StudentDiscount implements Discount {
        public double calculate(double price) {
            System.out.println(" 学 生 票 ：");
            return price * 0.8;
        }
    }

    //儿童票折扣类：具体策略类
    class ChildrenDiscount implements Discount {
        public double calculate(double price) {
            System.out.println(" 儿 童 票 ：");
            return price - 10;
        }
    }

    //VIP会员票折扣类：具体策略类
    class VIPDiscount implements Discount {
        public double calculate(double price) {
            System.out.println("VIP 票 ：");
            System.out.println("增加积分！");
            return price * 0.5;
        }
    }

为了提高系统的灵活性和可扩展性，我们将具体策略类的类名存储在配置文件中，并通过工具类XMLUtil来读取配置文件并反射生成对象，XMLUtil类的代码如下所示：

　  import javax.xml.parsers .*;
    import org.w3c.dom .*;
    import org.xml.sax.SAXException;
    import java.io .*;

    class XMLUtil {
        //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
        public static Object getBean() {
            try {
                //创建文档对象
                DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory
                DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
                Document doc;
                doc = builder.parse(new File("config.xml"));
                //获取包含类名的文本节点
                NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
                Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
                String cName = classNode.getNodeValue();
                //通过类名生成实例对象并将其返回
                Class c = Class.forName(cName);
                Object obj = c.newInstance();
                return obj;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                return null;
            }
        }
    }

在配置文件config.xml中存储了具体策略类的类名，代码如下所示：

<?xml version="1.0"?>
<config>
    <className>StudentDiscount</className>
</config>

编写如下客户端测试代码：

class Client {
        public static void main(String args[]) {
            MovieTicket mt = new MovieTicket();
            double originalPrice = 60.0;
            double currentPrice;

            mt.setPrice(originalPrice);
            System.out.println("原始价为：" + originalPrice);
            System.out.println("    ");

            Discount discount;
            discount = (Discount) XMLUtil.getBean(); //读取配置文件并反射生成

            mt.setDiscount(discount); //注入折扣对象

            currentPrice = mt.getPrice();
            System.out.println("折后价为：" + currentPrice);
        }
    }

编译并运行程序，输出结果如下：

原始价为：60.0
---------------------------------
学生票：
折后价为：48.0

如果需要更换具体策略类，无须修改源代码，只需修改配置文件，例如将学生票改为儿童票，只需将存储在配置文件中的具体策略类StudentDiscount改为ChildrenDiscount，如下代码所示：

重新运行客户端程序，输出结果如下：

原始价为：60.0
---------------------------------
儿童票：
折后价为：50.0

如果需要增加新的打折方式，原有代码均无须修改，只要增加一个新的折扣类作为抽象折扣类的子类，实现在抽象折扣类中声明的打折方法，然后修改配置文件，将原有具体折扣类类名改为新增折扣类类名即可，完全符合“开闭原则”。

 

策略模式总结

策略模式用于算法的自由切换和扩展，它是应用较为广泛的设计模式之一。策略模式对应于解决某一问题的一个算法族，允许用户从该算法族中任选一个算法来解决某一问题，同时可以方便地更换算法或者增加新的算法。只要涉及到算法的封装、复用和切换都可以考虑使用策略模式。

 

策略模式的主要优点如下：

(1) 策略模式提供了对“开闭原则”的完美支持，用户可以在不修改原有系统的基础上选择算法或行为，也可以灵活地增加新的算法或行为。

(2) 策略模式提供了管理相关的算法族的办法。策略类的等级结构定义了一个算法或行为族， 恰当使用继承可以把公共的代码移到抽象策略类中，从而避免重复的代码。

(3) 策略模式提供了一种可以替换继承关系的办法。如果不使用策略模式，那么使用算法的环境类就可能会有一些子类，每一个子类提供一种不同的算法。但是，这样一来算法的使用就和算法本身混在一起，不符合“单一职责原则”，决定使用哪一种算法的逻辑和该算法本身混合在一起，从而不可能再独立演化；而且使用继承无法实现算法或行为在程序运行时的动态切换。

(4) 使用策略模式可以避免多重条件选择语句。多重条件选择语句不易维护，它把采取哪一种算法或行为的逻辑与算法或行为本身的实现逻辑混合在一起，将它们全部硬编码(Hard Coding) 在一个庞大的多重条件选择语句中，比直接继承环境类的办法还要原始和落后。

(5) 策略模式提供了一种算法的复用机制，由于将算法单独提取出来封装在策略类中，因此不同的环境类可以方便地复用这些策略类。

 

策略模式的主要缺点如下：

(1) 客户端必须知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略类。这就意味着客户端必须理解这些算法的区别，以便适时选择恰当的算法。换言之，策略模式只适用于客户端知道所有的算法或行为的情况。

(2) 策略模式将造成系统产生很多具体策略类，任何细小的变化都将导致系统要增加一个新的具体策略类。

(3) 无法同时在客户端使用多个策略类，也就是说，在使用策略模式时，客户端每次只能使用一个策略类，不支持使用一个策略类完成部分功能后再使用另一个策略类来完成剩余功能的情况。

 

在以下情况下可以考虑使用策略模式：

(1) 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种，那么可以将这些算法封装到一个个的具体算法类中，而这些具体算法类都是一个抽象算法类的子类。换言之，这些具体算法类均有统一的接口，根据“里氏代换原则”和面向对象的多态性，客户端可以选择使用任何一个具体算法类，并只需要维持一个数据类型是抽象算法类的对象。

(2) 一个对象有很多的行为，如果不用恰当的模式，这些行为就只好使用多重条件选择语句来实现。此时，使用策略模式，把这些行为转移到相应的具体策略类里面，就可以避免使用难以维护的多重条件选择语句。

不希望客户端知道复杂的、与算法相关的数据结构，在具体策略类中封装算法与相关的数据结构，可以提高算法的保密性与安全性。