策略模式(Strategy)
1 场景问题
1.1 报价管理
- 对普通客户或者是新客户报的是全价
- 对老客户报的价格，根据客户年限，给予一定的折扣
- 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
- 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
- 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
1.2 不用模式的解决方案
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/**
* 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;
}
}
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1.3 有何问题
- 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。
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/**
* 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);
}
}
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- 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。
2 解决方案
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：
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/** * 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：
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/** * 实现具体的算法 */ public class ConcreteStrategyA implements Strategy { public void algorithmInterface() { //具体的算法实现 } } |
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/** * 实现具体的算法 */ public class ConcreteStrategyB implements Strategy { public void algorithmInterface() { //具体的算法实现 } } |
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/** * 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：
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/** * 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：
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/** * 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：
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/** * 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：
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/** * 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：
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/** * 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：
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/** * 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：
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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 模式讲解
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：
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/** * 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：
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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：
- 先是客户端来选择并创建具体的策略对象
- 然后客户端创建上下文
- 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
- 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：
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/** * 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：
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/** * 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：
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/** * 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。