Java设计模式----------策略模式

以下内容来自HeadFIrst设计模式一书和http://www.cnblogs.com/xrq730/p/4906313.html的博文，作为自己的学习笔记总结如下。

HeadFirst设计模式一书在开篇就提出了三条设计的原则：

1.找出应用中可能需要变化之处，将它们独立出来，不要和那些需要变化的代码混在一起。

2.针对接口编程，而不是针对实现编程。

3.多用组合，少用继承。

策略模式------定义了算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

以书中的鸭子游戏SimUDuck为例进行分析：

鸭子游戏SimUDuck中有各种鸭子，有游泳和呱呱叫的功能，最初的超类如下图所示：

后来想要为部分鸭子添加会飞的功能，程序员Joe直接在父类上添加了fly()，导致超级父类变成下图：

这就导致所有的鸭子都具备的飞的功能，这显然是不符合常理的。并且同理，并不是所有的鸭子都有Quack的功能，比如橡皮鸭。于是程序员Joey将quack()和fly()两个方法都抽离出来，实现成两个接口Quackable和Flyable，只要是会飞的鸭子就实现Quackable接口即可，会飞实现Flyable接口即可。

但是这导致了代码无法复用的问题，每个鸭子子类，只要是会飞就必须自己实现Flyable接口中的fly()一次，如果有100个会飞的鸭子子类，这个fly方法就必须同样的书写100次，这显然极不合理。

这时，应用以上三条设计原则：

1.将变化的和不变的进行分离------Duck类仍然是所有鸭子的超类，但是每个鸭子子类的飞行和呱呱叫的行为是不同的，需要将这两个行为取出，抽象成行为接口FlyBehavior和QuackBehavior；

2.针对接口编程，而不是针对实现进行编程----------将鸭子的行为放在专门的行为类中，这些行为类需要实现相应的行为接口，而不是由Duck类实现行为接口。这样的设计可以使这些行为类被其他对象复用，比如天鹅类也可以飞，大雁类也可以飞，青蛙也可以呱呱叫，这使得这些行为与鸭子类无关。

3. 多用组合，少用继承-------------每一个鸭子子类都有一个FlyBehavior和QuackBehavior 接口的实例化对象，让鸭子将行为由这两个对象进行处理。 不同于以往的做法，我们可以看到鸭子的行为不是继承而来，而是和行为接口的实例化对象组合而来。具备这个行为的鸭子对象和行为的实例化对象是has-a的关系。 

实现如下：

父类：

package Test;

public abstract class Duck
{
    QuackBehavior quackBehavior;//注意，持有的对象类型是接口类型
    FlyBehavior flyBehavior;
    public void swim(){
        System.out.println("I can swim");
    }
    public abstract void display();

    public void performQuack(){//调用相应的行为方法
        quackBehavior.quack();
    }
    public void perfromFly(){
        flyBehavior.fly();
    }
    public void setQuackBehavior(QuackBehavior quackBehavior){//可以动态的对行为进行设置
        this.quackBehavior=quackBehavior;
    }

    public void setFlyBehavior(FlyBehavior flyBehavior) {
        this.flyBehavior = flyBehavior;
    }
}

飞行接口

package Test;

public interface FlyBehavior {
    public void fly();
}

嘎嘎叫接口

package Test;

public interface QuackBehavior {
    public void quack();
}

具体行为实现：

package Test;

public class FlyWithWings implements FlyBehavior {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("我有一双隐形的翅膀带我飞翔");
    }
}

package Test;

public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("I can't fly");
    }
}

package Test;

public class Quack implements QuackBehavior {
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("嘎嘎嘎");
    }
}

测试类：

package Test;

public class MiniDuckSimulator {
    public static void main(String[] args){
        Duck mallard=new MallardDuck();
        mallard.display();
        mallard.performQuack();
        mallard.perfromFly();
        mallard.setFlyBehavior(new FlyNoWay());
        mallard.perfromFly();
    }
}

 输出：

策略模式的总结

以下内容转自：http://www.cnblogs.com/xrq730/p/4906313.html

策略模式

策略模式的用意是针对一组算法，将每一个算法封装到具有共同接口的独立类中，从而使得它们可以相互替换。策略模式使得算法可以在不影响到客户端的情况下发生变化。

策略模式的结构

策略模式是对算法的包装，是把使用算法的责任和算法本身分开。策略模式通常是把一系列的算法包装到一系列的策略类里面，作为一个抽象策略类的子类。

策略模式涉及到三个角色：

1、环境角色

持有一个策略Strategy的引用

2、抽象策略角色

这是一个抽象角色，通常由一个接口或抽象类实现，此角色给出所有具体策略类所需的接口

3、具体策略角色

包装了相关算法或行为

策略模式示例

有一个抽象的策略接口：

public interface Strategy
{
    public void useStrategy();
}

实现两种具体的策略：

public class StrategyA implements Strategy
{
    public void useStrategy()
    {
        System.out.println("StrategyA.useStrategy()");
    }
}

public class StrategyB implements Strategy
{
    public void useStrategy()
    {
        System.out.println("StrategyB.useStrategy()");
    }
}

某个类持有策略的引用：

public class Context
{
    private Strategy strategy;
    
    public Context(Strategy strategy)
    {
        this.strategy = strategy;
    }
    
    public void strategyMethod()
    {
        strategy.useStrategy();
    }
}

调用这个类的地方可以自行决定使用哪种策略：

public class TestMain
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Strategy strategyA = new StrategyA();
        Strategy strategyB = new StrategyB();
        
        Context context = new Context(strategyA);
        context.strategyMethod();
        context = new Context(strategyB);
        context.strategyMethod();
    }
}

策略模式的使用场景

1、购物系统

举一个实际例子吧。假如有一个购物系统，在用户付款的时候，会产生很多场景，根据用户的不同情况算出不同用户要付款的金额，这时候最直观的一种做法是：

在付款的里面写N多的if...else if...else，判断用户的场景，根据场景计算用户付款金额。

这种设计明显违反了开闭原则。开闭原则的"闭"，指的是对修改关闭，但是这里假如算法又多了几种，那么必须再次修改这个付款的类。

这时候就可以使用策略模式。在付款的类里面持有一个付款接口的引用，每次根据不同场景传入一个具体的策略就好了。比如A类中要使用S0算法，就传入一个S0策略；B类中要使用S1算法，就传入一个S1算法。不需要把判断都放在付款的类中，代码的可读性、可维护性也更高了。付款这个类甚至可以直接生成一个.class文件放在一个jar包里面供调用。

2、使得代码更优雅、更易维护

假如你的代码中某处有一个打分系统，你为这个打分系统写了一段非常长的逻辑，某天，产品部门的同事找你，给我换一段打分逻辑，此时，有两种做法：

（1）把原有的打分逻辑删除，但这么做一个缺点是是看不到以前的打分算法了，另一个缺点是如果以后打分算法要换回来就找不到代码，虽然SVN和GIT这种版本管理工具都有历史提交记录的功能，但还是显得麻烦

（2）把原有的打分逻辑注释，但这么做的最大缺点是代码中有大量的注释，尤其在策略逻辑非常长的时候，这就导致了代码的可读性非常差

此时，就可以使用策略模式，将打分逻辑抽象为一种策略，换打分策略，新增一个策略的实现类，最后再让代码中传入新的策略实现类即可。

策略模式在Java中的应用及解读

策略模式在Java中的应用，这个太明显了，因为Comparator这个接口简直就是为策略模式而生的。Comparable和Comparator的区别一文中，详细讲了Comparator的使用。比方说Collections里面有一个sort方法，因为集合里面的元素有可能是复合对象，复合对象并不像基本数据类型，可以根据大小排序，复合对象怎么排序呢？基于这个问题考虑，Java要求如果定义的复合对象要有排序的功能，就自行实现Comparable接口或Comparator接口，看一下sort带Comparator的重载方法：

1 public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
2     Object[] a = list.toArray();
3     Arrays.sort(a, (Comparator)c);
4     ListIterator i = list.listIterator();
5     for (int j=0; j<a.length; j++) {
6         i.next();
7         i.set(a[j]);
8     }
9     }

跟一下第3行：

1 public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
2     T[] aux = (T[])a.clone();
3         if (c==null)
4             mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0);
5         else
6             mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0, c);
7     }

传入的c不为null，跟一下第6行的mergeSort：

 1 private static void mergeSort(Object[] src,
 2                   Object[] dest,
 3                   int low, int high, int off,
 4                   Comparator c) {
 5     int length = high - low;
 6 
 7     // Insertion sort on smallest arrays
 8     if (length < INSERTIONSORT_THRESHOLD) {
 9         for (int i=low; i<high; i++)
10         for (int j=i; j>low && c.compare(dest[j-1], dest[j])>0; j--)
11             swap(dest, j, j-1);
12         return;
13     }
14 
15         // Recursively sort halves of dest into src
16         int destLow  = low;
17         int destHigh = high;
18         low  += off;
19         high += off;
20         int mid = (low + high) >>> 1;
21         mergeSort(dest, src, low, mid, -off, c);
22         mergeSort(dest, src, mid, high, -off, c);
23 
24         // If list is already sorted, just copy from src to dest.  This is an
25         // optimization that results in faster sorts for nearly ordered lists.
26         if (c.compare(src[mid-1], src[mid]) <= 0) {
27            System.arraycopy(src, low, dest, destLow, length);
28            return;
29         }
30 
31         // Merge sorted halves (now in src) into dest
32         for(int i = destLow, p = low, q = mid; i < destHigh; i++) {
33             if (q >= high || p < mid && c.compare(src[p], src[q]) <= 0)
34                 dest[i] = src[p++];
35             else
36                 dest[i] = src[q++];
37         }
38     }

 第10行，根据Comparator接口实现类的compare方法的返回结果决定是否要swap（交换）。

这就是策略模式，我们可以给Collections的sort方法传入不同的Comparator的实现类作为不同的比较策略。不同的比较策略，对同一个集合，可能会产生不同的排序结果。 

认识策略模式

应当明白，策略模式的重心不是如何实现算法（就如同工厂模式的重心不是工厂中如何产生具体子类一样），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。 软件开发在完成后的维护时间要比开发时间多的多，因为可能客户的需求会有变化，所以我们应该致力于提高可维护性和可扩展性上。策略模式降低了程序之间的耦合度，使得程序的维护更加容易。

策略模式有一个很大的特点就是各策略算法的平等性。对于一系列具体的策略算法，大家的地位是完全一样的，正因为这个平等性，各个算法之间才可以相互替换。

运行期间，每一个时刻只能使用一个具体的策略实现对象，虽然可以动态地在不同的策略中实现切换。

策略模式的优缺点

优点

1、避免了多重条件if...else if...else语句，多重条件语句并不容易维护

2、策略模式提供了管理相关算法簇的办法，恰当使用继承可以把公共代码移到父类，从而避免了代码重复

缺点

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，这意味着客户端必须理解这些算法的区别，以便选择恰当的算法 

2、如果备选策略很多，对象的数据会很多

另一个比较好的实例是：转自https://www.cnblogs.com/wuyudong/p/5924223.html

举个例子，计算公交车和地铁运行指定路程后所需的票价

package com.wuyudong.strategy.normal;

public class PriceCalculator {
    // 公交车类型
    private static final int BUS = 1;
    // 地铁类型
    private static final int SUBWAY = 2;

    public static void main(String[] args) {
        PriceCalculator calculator = new PriceCalculator();
        System.out.println("坐10公里的公交车的票价为："
                + calculator.calculatePrice(10, BUS));
        System.out.println("坐10公里的地铁的票价为："
                + calculator.calculatePrice(10, SUBWAY));

    }
    
    //计算公交价格
    private int busPrice(int km) {
        int extraTotal = km - 10;
        int extraFactor = extraTotal / 5;
        int fraction = extraTotal % 5;
        int price = 1 + extraFactor * 1;
        return fraction > 0 ? ++price : price;
    }

    //计算地铁价格
    private int subwayPrice(int km) {
        if (km <= 6) {
            return 3;
        } else if (km > 6 && km < 12) {
            return 4;
        } else if (km < 22 && km > 12) {
            return 5;
        } else if (km < 32 && km > 22) {
            return 6;
        }
        return 7;
    }

    //根据类型来计算相应的价格
    private int calculatePrice(int km, int type) {
        if (type == BUS) {
            return busPrice(km);
        } else {
            return subwayPrice(km);
        }
    }
}

如果再添加一种出租车的价格计算，添加相应的代码：

public class PriceCalculator {
    // 公交车类型
    private static final int BUS = 1;
    // 地铁类型
    private static final int SUBWAY = 2;

    // 出租车类型
    private static final int TAXI = 3;

    public static void main(String[] args) {
        PriceCalculator calculator = new PriceCalculator();
        System.out.println("坐10公里的公交车的票价为："
                + calculator.calculatePrice(10, BUS));
        System.out.println("坐10公里的地铁的票价为："
                + calculator.calculatePrice(10, SUBWAY));

    }

    // 计算出租车价格
    private int taxiprice(int km) {
        return km * 2;
    }

    // 根据类型来计算相应的价格
    private int calculatePrice(int km, int type) {
        if (type == BUS) {
            return busPrice(km);
        } else if (type == SUBWAY) {
            return subwayPrice(km);
        } else {
            return taxiprice(km);
        }
    }
}

可见上面的代码耦合性较高，每当增加新的交通工具类型的时候，需要不断的修改大量的代码，这里使用策略模式重构：

首先定义一个抽象的价格计算接口：

//计算接口
public interface CalculateStrategy {
    int calculatePrice(int km);
}

每一种出行方式都定义一个独立的计算策略类：

公交车计算策略

public class BusStrategy implements CalculateStrategy {
    public int calculatePrice(int km) {
        int extraTotal = km - 10;
        int extraFactor = extraTotal / 5;
        int fraction = extraTotal % 5;
        int price = 1 + extraFactor * 1;
        return fraction > 0 ? ++price : price;
    }

}

地铁计算策略

public class SubwayStrategy implements CalculateStrategy {

    public int calculatePrice(int km) {
        if (km <= 6) {
            return 3;
        } else if (km > 6 && km < 12) {
            return 4;
        } else if (km < 22 && km > 12) {
            return 5;
        } else if (km < 32 && km > 22) {
            return 6;
        }
        return 7;
    }
}

再创建一个扮演Context的角色，代码如下：

public class TranficCalculator {
    CalculateStrategy mStrategy;
    
    public static void main(String[] args) {
        TranficCalculator calculator = new TranficCalculator();
        //设置计算策略
        calculator.setStrategy(new BusStrategy());
        //计算价格
        System.out.println("公交车乘10公里的价格：" + calculator.calculatePrice(10));
        
    }
    
    public void setStrategy(CalculateStrategy mStrategy) {
        this.mStrategy = mStrategy;
    }
    public int calculatePrice(int km) {
        return mStrategy.calculatePrice(km);
    }
}

这样即使需要添加出租车的价格计算，只需要简单的新建一个类，让其继承自CalculateStrategy接口并实现其中的方法即可。