• 认识策略模式


    首先感谢众多朋友的支持、评论和鼓励,只有多多努力,写点好的博文来回报大家的好意! 

    接下来想写写另外一个虽然较简单,但是使用很频繁的模式——策略模式

    策略模式(Strategy)

    1  场景问题

    1.1  报价管理

            向客户报价,对于销售部门的人来讲,这是一个非常重大、非常复杂的问题,对不同的客户要报不同的价格,比如:

      (1)对普通客户或者是新客户报的是全价

      (2)对老客户报的价格,根据客户年限,给予一定的折扣

      (3)对大客户报的价格,根据大客户的累计消费金额,给予一定的折扣

      (4)还要考虑客户购买的数量和金额,比如:虽然是新用户,但是一次购买的数量非常大,或者是总金额非常高,也会有一定的折扣 

      (5)还有,报价人员的职务高低,也决定了他是否有权限对价格进行一定的浮动折扣

            甚至在不同的阶段,对客户的报价也不同,一般情况是刚开始比较高,越接近成交阶段,报价越趋于合理。
            总之,向客户报价是非常复杂的,因此在一些CRM(客户关系管理)的系统中,会有一个单独的报价管理模块,来处理复杂的报价功能。
            为了演示的简洁性,假定现在需要实现一个简化的报价管理,实现如下的功能:
               (1)对普通客户或者是新客户报全价
               (2)对老客户报的价格,统一折扣5%
               (3)对大客户报的价格,统一折扣10%
            该怎么实现呢?


    1.2  不用模式的解决方案

            要实现对不同的人员报不同的价格的功能,无外乎就是判断起来麻烦点,也不多难,很快就有朋友能写出如下的实现代码,示例代码如下: 

    /**

     * 价格管理,主要完成计算向客户所报价格的功能

     */

    public class Price {

        /**

         * 报价,对不同类型的,计算不同的价格

         * @param goodsPrice 商品销售原价

         * @param customerType 客户类型

         * @return 计算出来的,应该给客户报的价格

         */

        public double quote(double goodsPrice,String customerType){

           if(customerType.equals("普通客户")){

               System.out.println("对于新客户或者是普通客户,没有折扣");

               return goodsPrice;

           }else if(customerType.equals("老客户")){

               System.out.println("对于老客户,统一折扣5%");

               return goodsPrice*(1-0.05);

           }else if(customerType.equals("大客户")){

               System.out.println("对于大客户,统一折扣10%");

               return goodsPrice*(1-0.1);        

           }

           //其余人员都是报原价

           return goodsPrice;

        }

    }

    1.3  有何问题

            上面的写法是很简单的,也很容易想,但是仔细想想,这样实现,问题可不小,比如:

      (1)第一个问题:价格类包含了所有计算报价的算法,使得价格类,尤其是报价这个方法比较庞杂,难以维护。

            有朋友可能会想,这很简单嘛,把这些算法从报价方法里面拿出去,形成独立的方法不就可以解决这个问题了吗?据此写出如下的实现代码,示例代码如下: 

    /**

     * 价格管理,主要完成计算向客户所报价格的功能

     */

    public class Price {

        /**

         * 报价,对不同类型的,计算不同的价格

         * @param goodsPrice 商品销售原价

         * @param customerType 客户类型

         * @return 计算出来的,应该给客户报的价格

         */

        public double quote(double goodsPrice,String customerType){

           if(customerType.equals("普通客户")){

               return this.calcPriceForNormal(goodsPrice);

           }else if(customerType.equals("老客户")){

               return this.calcPriceForOld(goodsPrice);

           }else if(customerType.equals("大客户")){

               return this.calcPriceForLarge(goodsPrice);       

           }

           //其余人员都是报原价

           return goodsPrice;

        }

        /**

         * 为新客户或者是普通客户计算应报的价格

         * @param goodsPrice 商品销售原价

         * @return 计算出来的,应该给客户报的价格

         */

        private double calcPriceForNormal(double goodsPrice){

           System.out.println("对于新客户或者是普通客户,没有折扣");

           return goodsPrice;

        }

        /**

         * 为老客户计算应报的价格

         * @param goodsPrice 商品销售原价

         * @return 计算出来的,应该给客户报的价格

         */

        private double calcPriceForOld(double goodsPrice){

           System.out.println("对于老客户,统一折扣5%");

           return goodsPrice*(1-0.05);

        }

        /**

         * 为大客户计算应报的价格

         * @param goodsPrice 商品销售原价

         * @return 计算出来的,应该给客户报的价格

         */

        private double calcPriceForLarge(double goodsPrice){

           System.out.println("对于大客户,统一折扣10%");

           return goodsPrice*(1-0.1); 

        }

    }

            这样看起来,比刚开始稍稍好点,计算报价的方法会稍稍简单一点,这样维护起来也稍好一些,某个算法发生了变化,直接修改相应的私有方法就可以了。扩展起来也容易一点,比如要增加一个“战略合作客户”的类型,报价为直接8折,就只需要在价格类里面新增加一个私有的方法来计算新的价格,然后在计算报价的方法里面新添一个else-if即可。看起来似乎很不错了。
            真的很不错了吗?
            再想想,问题还是存在,只不过从计算报价的方法挪动到价格类里面了,假如有100个或者更多这样的计算方式,这会让这个价格类非常庞大,难以维护。而且,维护和扩展都需要去修改已有的代码,这是很不好的,违反了开-闭原则。 

      (2)第二个问题:经常会有这样的需要,在不同的时候,要使用不同的计算方式。

            比如:在公司周年庆的时候,所有的客户额外增加3%的折扣;在换季促销的时候,普通客户是额外增加折扣2%,老客户是额外增加折扣3%,大客户是额外增加折扣5%。这意味着计算报价的方式会经常被修改,或者被切换。
            通常情况下应该是被切换,因为过了促销时间,又还回到正常的价格体系上来了。而现在的价格类中计算报价的方法,是固定调用各种计算方式,这使得切换调用不同的计算方式很麻烦,每次都需要修改if-else里面的调用代码。
            看到这里,可能有朋友会想,那么到底应该如何实现,才能够让价格类中的计算报价的算法,能很容易的实现可维护、可扩展,又能动态的切换变化呢?

    2.1  策略模式来解决

            用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是策略模式。那么什么是策略模式呢?

    (1)策略模式定义
             定义一系列的算法,把它们一个个封装起来,并且使它们可相互替换。本模式使得算法可独立于使用它的客户而变化。

    (2)应用策略模式来解决的思路
            仔细分析上面的问题,先来把它抽象一下,各种计算报价的计算方式就好比是具体的算法,而使用这些计算方式来计算报价的程序,就相当于是使用算法的客户。
            再分析上面的实现方式,为什么会造成那些问题,根本原因,就在于算法和使用算法的客户是耦合的,甚至是密不可分的,在上面实现中,具体的算法和使用算法的客户是同一个类里面的不同方法。
            现在要解决那些问题,按照策略模式的方式,应该先把所有的计算方式独立出来,每个计算方式做成一个单独的算法类,从而形成一系列的算法,并且为这一系列算法定义一个公共的接口,这些算法实现是同一接口的不同实现,地位是平等的,可以相互替换。这样一来,要扩展新的算法就变成了增加一个新的算法实现类,要维护某个算法,也只是修改某个具体的算法实现即可,不会对其它代码造成影响。也就是说这样就解决了可维护、可扩展的问题。
            为了实现让算法能独立于使用它的客户,策略模式引入了一个上下文的对象,这个对象负责持有算法,但是不负责决定具体选用哪个算法,把选择算法的功能交给了客户,由客户选择好具体的算法后,设置到上下文对象里面,让上下文对象持有客户选择的算法,当客户通知上下文对象执行功能的时候,上下文对象会去转调具体的算法。这样一来,具体的算法和直接使用算法的客户是分离的。
            具体的算法和使用它的客户分离过后,使得算法可独立于使用它的客户而变化,并且能够动态的切换需要使用的算法,只要客户端动态的选择使用不同的算法,然后设置到上下文对象中去,实际调用的时候,就可以调用到不同的算法。


    2.2  模式结构和说明

            策略模式的结构示意图如图1所示:


     

    图1  策略模式结构示意图


    Strategy:
            策略接口,用来约束一系列具体的策略算法。Context使用这个接口来调用具体的策略实现定义的算法。
    ConcreteStrategy:
            具体的策略实现,也就是具体的算法实现。
    Context:
            上下文,负责和具体的策略类交互,通常上下文会持有一个真正的策略实现,上下文还可以让具体的策略类来获取上下文的数据,甚至让具体的策略类来回调上下文的方法。


    2.3  策略模式示例代码

    (1)首先来看策略,也就是定义算法的接口,示例代码如下: 

    /**

     * 策略,定义算法的接口

     */

    public interface Strategy {

        /**

         * 某个算法的接口,可以有传入参数,也可以有返回值

         */

        public void algorithmInterface();

    }

    (2)该来看看具体的算法实现了,定义了三个,分别是ConcreteStrategyA、ConcreteStrategyB、ConcreteStrategyC,示例非常简单,由于没有具体算法的实现,三者也就是名称不同,示例代码如下: 

    /**

     * 实现具体的算法

     */

    public class ConcreteStrategyA implements Strategy {

        public void algorithmInterface() {

           //具体的算法实现   

        }

    }

    /**

     * 实现具体的算法

     */

    public class ConcreteStrategyB implements Strategy {

        public void algorithmInterface() {

           //具体的算法实现   

        }

    }

    /**

     * 实现具体的算法

     */

    public class ConcreteStrategyC implements Strategy {

        public void algorithmInterface() {

           //具体的算法实现   

        }

    }

    (3)再来看看上下文的实现,示例代码如下: 

    /**

     * 上下文对象,通常会持有一个具体的策略对象

     */

    public class Context {

        /**

         * 持有一个具体的策略对象

         */

        private Strategy strategy;

        /**

         * 构造方法,传入一个具体的策略对象

         * @param aStrategy 具体的策略对象

         */

        public Context(Strategy aStrategy) {

           this.strategy = aStrategy;

        }

        /**

         * 上下文对客户端提供的操作接口,可以有参数和返回值

         */

        public void contextInterface() {

           //通常会转调具体的策略对象进行算法运算

           strategy.algorithmInterface();

        }

    }

     2.4  使用策略模式重写示例

            要使用策略模式来重写前面报价的示例,大致有如下改变:

    • 首先需要定义出算法的接口。
    • 然后把各种报价的计算方式单独出来,形成算法类。
    • 对于Price这个类,把它当做上下文,在计算报价的时候,不再需要判断,直接使用持有的具体算法进行运算即可。选择使用哪一个算法的功能挪出去,放到外部使用的客户端去。

            这个时候,程序的结构如图2所示:

     图2  使用策略模式实现示例的结构示意图

    (1)先看策略接口,示例代码如下: 

    /**

     * 策略,定义计算报价算法的接口

     */

    public interface Strategy {

        /**

         * 计算应报的价格

         * @param goodsPrice 商品销售原价

         * @return 计算出来的,应该给客户报的价格

         */

        public double calcPrice(double goodsPrice);

    }

    (2)接下来看看具体的算法实现,不同的算法,实现也不一样,先看为新客户或者是普通客户计算应报的价格的实现,示例代码如下: 

    /**

     * 具体算法实现,为新客户或者是普通客户计算应报的价格

     */

    public class NormalCustomerStrategy implements Strategy{

        public double calcPrice(double goodsPrice) {

           System.out.println("对于新客户或者是普通客户,没有折扣");

           return goodsPrice;

        }

    }

    再看看为老客户计算应报的价格的实现,示例代码如下: 

    /**

     * 具体算法实现,为老客户计算应报的价格

     */

    public class OldCustomerStrategy implements Strategy{

        public double calcPrice(double goodsPrice) {

           System.out.println("对于老客户,统一折扣5%");

           return goodsPrice*(1-0.05);

        }

    }

    再看看为大客户计算应报的价格的实现,示例代码如下:  

    /**

     * 具体算法实现,为大客户计算应报的价格

     */

    public class LargeCustomerStrategy implements Strategy{

        public double calcPrice(double goodsPrice) {

           System.out.println("对于大客户,统一折扣10%");

           return goodsPrice*(1-0.1);

        }

    }

    (3)接下来看看上下文的实现,也就是原来的价格类,它的变化比较大,主要有:

    • 原来那些私有的,用来做不同计算的方法,已经去掉了,独立出去做成了算法类
    • 原来报价方法里面,对具体计算方式的判断,去掉了,让客户端来完成选择具体算法的功能
    • 新添加持有一个具体的算法实现,通过构造方法传入
    • 原来报价方法的实现,变化成了转调具体算法来实现

    示例代码如下: 

    /**

     * 价格管理,主要完成计算向客户所报价格的功能

     */

    public class Price {

        /**

         * 持有一个具体的策略对象

         */

        private Strategy strategy = null;

        /**

         * 构造方法,传入一个具体的策略对象

         * @param aStrategy 具体的策略对象

         */

        public Price(Strategy aStrategy){

           this.strategy = aStrategy;

        }  

        /**

         * 报价,计算对客户的报价

         * @param goodsPrice 商品销售原价

         * @return 计算出来的,应该给客户报的价格

         */

        public double quote(double goodsPrice){

           return this.strategy.calcPrice(goodsPrice);

        }

    }

    (4)写个客户端来测试运行一下,好加深体会,示例代码如下:  

    public class Client {

        public static void main(String[] args) {

           //1:选择并创建需要使用的策略对象

           Strategy strategy = new LargeCustomerStrategy ();

           //2:创建上下文

           Price ctx = new Price(strategy);

          

           //3:计算报价

           double quote = ctx.quote(1000);

           System.out.println("向客户报价:"+quote);

        }

    }

           

            运行一下,看看效果。
            你可以修改使用不同的策略算法具体实现,现在用的是LargeCustomerStrategy,你可以尝试修改成其它两种实现,试试看,体会一下切换算法的容易性。

    3.1  认识策略模式

    (1)策略模式的功能
            策略模式的功能是把具体的算法实现,从具体的业务处理里面独立出来,把它们实现成为单独的算法类,从而形成一系列的算法,并让这些算法可以相互替换。
            策略模式的重心不是如何来实现算法,而是如何组织、调用这些算法,从而让程序结构更灵活、具有更好的维护性和扩展性。


    (2)策略模式和if-else语句
            看了前面的示例,很多朋友会发现,每个策略算法具体实现的功能,就是原来在if-else结构中的具体实现。
    没错,其实多个if-elseif语句表达的就是一个平等的功能结构,你要么执行if,要不你就执行else,或者是elseif,这个时候,if块里面的实现和else块里面的实现从运行地位上来讲就是平等的。
            而策略模式就是把各个平等的具体实现封装到单独的策略实现类了,然后通过上下文来与具体的策略类进行交互。
    因此多个if-else语句可以考虑使用策略模式。


    (3)算法的平等性
            策略模式一个很大的特点就是各个策略算法的平等性。对于一系列具体的策略算法,大家的地位是完全一样的,正是因为这个平等性,才能实现算法之间可以相互替换。
            所有的策略算法在实现上也是相互独立的,相互之间是没有依赖的。
            所以可以这样描述这一系列策略算法:策略算法是相同行为的不同实现


    (4)谁来选择具体的策略算法
            在策略模式中,可以在两个地方来进行具体策略的选择。
            一个是在客户端,在使用上下文的时候,由客户端来选择具体的策略算法,然后把这个策略算法设置给上下文。前面的示例就是这种情况。
            还有一个是客户端不管,由上下文来选择具体的策略算法,这个在后面讲容错恢复的时候给大家演示一下。


    (5)Strategy的实现方式
            在前面的示例中,Strategy都是使用的接口来定义的,这也是常见的实现方式。但是如果多个算法具有公共功能的话,可以把Strategy实现成为抽象类,然后把多个算法的公共功能实现到Strategy里面。


    (6)运行时策略的唯一性
            运行期间,策略模式在每一个时刻只能使用一个具体的策略实现对象,虽然可以动态的在不同的策略实现中切换,但是同时只能使用一个。

    (7)增加新的策略
            在前面的示例里面,体会到了策略模式中切换算法的方便,但是增加一个新的算法会怎样呢?比如现在要实现如下的功能:对于公司的“战略合作客户”,统一8折。
            其实很简单,策略模式可以让你很灵活的扩展新的算法。具体的做法是:先写一个策略算法类来实现新的要求,然后在客户端使用的时候指定使用新的策略算法类就可以了。
            还是通过示例来说明。先添加一个实现要求的策略类,示例代码如下:  

    /**

     * 具体算法实现,为战略合作客户客户计算应报的价格

     */

    public class CooperateCustomerStrategy implements Strategy{

        public double calcPrice(double goodsPrice) {

           System.out.println("对于战略合作客户,统一8折");

           return goodsPrice*0.8;

        }

    }


    然后在客户端指定使用策略的时候指定新的策略算法实现,示例如下:  

    public class Client2 {

        public static void main(String[] args) {

           //1:选择并创建需要使用的策略对象

           Strategy strategy = new CooperateCustomerStrategy ();

           //2:创建上下文

           Price ctx = new Price(strategy);

          

           //3:计算报价

           double quote = ctx.quote(1000);

           System.out.println("向客户报价:"+quote);

        }

    }

            除了加粗部分变动外,客户端没有其他的变化。 

            运行客户端,测试看看,好好体会一下。
            除了客户端发生变化外,已有的上下文、策略接口定义和策略的已有实现,都不需要做任何的修改,可见能很方便的扩展新的策略算法。


    (8)策略模式调用顺序示意图
            策略模式的调用顺序,有两种常见的情况,一种如同前面的示例,具体如下:

            a:先是客户端来选择并创建具体的策略对象

            b:然后客户端创建上下文

            c:接下来客户端就可以调用上下文的方法来执行功能了,在调用的时候,从客户端传入算法需要的参数

            d:上下文接到客户的调用请求,会把这个请求转发给它持有的Strategy

    这种情况的调用顺序示意图如图3所示:

     图3  策略模式调用顺序示意图一

            策略模式调用还有一种情况,就是把Context当做参数来传递给Strategy,这种方式的调用顺序图,在讲具体的Context和Strategy的关系时再给出。
     

    3.2  容错恢复机制

            容错恢复机制是应用程序开发中非常常见的功能。那么什么是容错恢复呢?简单点说就是:程序运行的时候,正常情况下应该按照某种方式来做,如果按照某种方式来做发生错误的话,系统并不会崩溃,也不会就此不能继续向下运行了,而是有容忍出错的能力,不但能容忍程序运行出现错误,还提供出现错误后的备用方案,也就是恢复机制,来代替正常执行的功能,使程序继续向下运行。
            举个实际点的例子吧,比如在一个系统中,所有对系统的操作都要有日志记录,而且这个日志还需要有管理界面,这种情况下通常会把日志记录在数据库里面,方便后续的管理,但是在记录日志到数据库的时候,可能会发生错误,比如暂时连不上数据库了,那就先记录在文件里面,然后在合适的时候把文件中的记录再转录到数据库中。
            对于这样的功能的设计,就可以采用策略模式,把日志记录到数据库和日志记录到文件当作两种记录日志的策略,然后在运行期间根据需要进行动态的切换。
            在这个例子的实现中,要示范由上下文来选择具体的策略算法,前面的例子都是由客户端选择好具体的算法,然后设置到上下文中。
            下面还是通过代码来示例一下。
    (1)先定义日志策略接口,很简单,就是一个记录日志的方法,示例代码如下:  

    /**

     * 日志记录策略的接口

     */

    public interface LogStrategy {

        /**

         * 记录日志

         * @param msg 需记录的日志信息

         */

        public void log(String msg);

    }


    (2)实现日志策略接口,先实现默认的数据库实现,假设如果日志的长度超过长度就出错,制造错误的是一个最常见的运行期错误,示例代码如下:  

    /**

     * 把日志记录到数据库

     */

    public class DbLog implements LogStrategy{

        public void log(String msg) {     

           //制造错误

           if(msg!=null && msg.trim().length()>5){

               int a = 5/0;

           }

           System.out.println("现在把 '"+msg+"' 记录到数据库中");

        }

    }

    接下来实现记录日志到文件中去,示例代码如下:  

    /**

     * 把日志记录到文件

     */

    public class FileLog implements LogStrategy{

        public void log(String msg) {

           System.out.println("现在把 '"+msg+"' 记录到文件中");

        }

    }

    (3)接下来定义使用这些策略的上下文,注意这次是在上下文里面实现具体策略算法的选择,所以不需要客户端来指定具体的策略算法了,示例代码如下:


     

    (4)看看现在的客户端,没有了选择具体实现策略算法的工作,变得非常简单,故意多调用一次,可以看出不同的效果,示例代码如下:


     

     (5)小结一下,通过上面的示例,会看到策略模式的一种简单应用,也顺便了解一下基本的容错恢复机制的设计和实现。在实际的应用中,需要设计容错恢复的系统一般要求都比较高,应用也会比较复杂,但是基本的思路是差不多的。

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