策略设计模式

现实生活中我们到商场买东西的时候，卖场往往根据不同的客户制定不同的报价策略，比如针对新客户不打折扣，针对老客户打9折，针对VIP客户打8折...

现在我们要做一个报价管理的模块，简要点就是要针对不同的客户，提供不同的折扣报价。

如果是有你来做，你会怎么做？

我们很有可能写出下面的代码：

public class QuoteManager {

    public BigDecimal quote(BigDecimal originalPrice,String customType){
        if ("新客户".equals(customType)) {
            System.out.println("抱歉！新客户没有折扣！");
            return originalPrice;
        }else if ("老客户".equals(customType)) {
            System.out.println("恭喜你！老客户打9折！");
            originalPrice = originalPrice.multiply(new BigDecimal(0.9)).setScale(2,BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
            return originalPrice;
        }else if("VIP客户".equals(customType)){
            System.out.println("恭喜你！VIP客户打8折！");
            originalPrice = originalPrice.multiply(new BigDecimal(0.8)).setScale(2,BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
            return originalPrice;
        }
        //其他人员都是原价
        return originalPrice;
    }
}

经过测试，上面的代码工作的很好，可是上面的代码是有问题的。上面存在的问题：把不同客户的报价的算法都放在了同一个方法里面，使得该方法很是庞大(现在是只是一个演示，所以看起来还不是很臃肿)。

下面看一下上面的改进，我们把不同客户的报价的算法都单独作为一个方法

public class QuoteManagerImprove {

    public BigDecimal quote(BigDecimal originalPrice, String customType){
        if ("新客户".equals(customType)) {
            return this.quoteNewCustomer(originalPrice);
        }else if ("老客户".equals(customType)) {
            return this.quoteOldCustomer(originalPrice);
        }else if("VIP客户".equals(customType)){
            return this.quoteVIPCustomer(originalPrice);
        }
        //其他人员都是原价
        return originalPrice;
    }

    /**
     * 对VIP客户的报价算法
     * @param originalPrice 原价
     * @return 折后价
     */
    private BigDecimal quoteVIPCustomer(BigDecimal originalPrice) {
        System.out.println("恭喜！VIP客户打8折");
        originalPrice = originalPrice.multiply(new BigDecimal(0.8)).setScale(2,BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
        return originalPrice;
    }

    /**
     * 对老客户的报价算法
     * @param originalPrice 原价
     * @return 折后价
     */
    private BigDecimal quoteOldCustomer(BigDecimal originalPrice) {
        System.out.println("恭喜！老客户打9折");
        originalPrice = originalPrice.multiply(new BigDecimal(0.9)).setScale(2,BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
        return originalPrice;
    }

    /**
     * 对新客户的报价算法
     * @param originalPrice 原价
     * @return 折后价
     */
    private BigDecimal quoteNewCustomer(BigDecimal originalPrice) {
        System.out.println("抱歉！新客户没有折扣！");
        return originalPrice;
    }

}

上面的代码比刚开始的时候要好一点，它把每个具体的算法都单独抽出来作为一个方法，当某一个具体的算法有了变动的时候，只需要修改响应的报价算法就可以了。

但是改进后的代码还是有问题的，那有什么问题呢？

1.当我们新增一个客户类型的时候，首先要添加一个该种客户类型的报价算法方法，然后再quote方法中再加一个else if的分支，是不是感觉很是麻烦呢？而且这也违反了设计原则之一的开闭原则（open-closed-principle）.

开闭原则：

对于扩展是开放的（Open for extension）。这意味着模块的行为是可以扩展的。当应用的需求改变时，我们可以对模块进行扩展，使其具有满足那些改变的新行为。也就是说，我们可以改变模块的功能。

对于修改是关闭的（Closed for modification）。对模块行为进行扩展时，不必改动模块的源代码或者二进制代码。

2.我们经常会面临这样的情况，不同的时期使用不同的报价规则，比如在各个节假日举行的各种促销活动时、商场店庆时往往都有普遍的折扣，但是促销时间一旦过去，报价就要回到正常价格上来。按照上面的代码我们就得修改if else里面的代码很是麻烦

那有没有什么办法使得我们的报价管理即可扩展、可维护，又可以方便的响应变化呢？当然有解决方案啦，就是我们下面要讲的策略模式。

定义：

策略模式定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，使每个算法可以相互替代，使算法本身和使用算法的客户端分割开来，相互独立。

结构：

1. 策略接口角色IStrategy:用来约束一系列具体的策略算法，策略上下文角色ConcreteStrategy使用此策略接口来调用具体的策略所实现的算法。

2. 具体策略实现角色ConcreteStrategy:具体的策略实现，即具体的算法实现。

3. 策略上下文角色StrategyContext:策略上下文，负责和具体的策略实现交互，通常策略上下文对象会持有一个真正的策略实现对象，策略上下文还可以让具体的策略实现从其中获取相关数据，回调策略上下文对象的方法。

策略模式代码的一般通用实现：

策略接口

public interface IStrategy {
    //定义的抽象算法方法 来约束具体的算法实现方法
    public void algorithmMethod();
}

具体的策略实现：

public class ConcreteStrategy implements IStrategy {
    //具体的算法实现
    @Override
    public void algorithmMethod() {
        System.out.println("this is ConcreteStrategy method...");
    }
}

 // 具体的策略实现2
public class ConcreteStrategy2 implements IStrategy {
     //具体的算法实现
    @Override
    public void algorithmMethod() {
        System.out.println("this is ConcreteStrategy2 method...");
    }
}

策略上下文：

public class StrategyContext {
    //持有一个策略实现的引用
    private IStrategy strategy;
    //使用构造器注入具体的策略类
    public StrategyContext(IStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void contextMethod(){
        //调用策略实现的方法
        strategy.algorithmMethod();
    }
}

外部客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建具体测策略实现
        IStrategy strategy = new ConcreteStrategy2();
        //2.在创建策略上下文的同时，将具体的策略实现对象注入到策略上下文当中
        StrategyContext ctx = new StrategyContext(strategy);
        //3.调用上下文对象的方法来完成对具体策略实现的回调
        ctx.contextMethod();
    }
}

针对我们一开始讲的报价管理的例子：我们可以应用策略模式对其进行改造，不同类型的客户有不同的折扣，我们可以将不同类型的客户的报价规则都封装为一个独立的算法，然后抽象出这些报价算法的公共接口

公共报价策略接口：

public interface IQuoteStrategy {
    //获取折后价的价格
    BigDecimal getPrice(BigDecimal originalPrice);
}

新客户报价策略实现：

public class NewCustomerQuoteStrategy implements IQuoteStrategy {
    @Override
    public BigDecimal getPrice(BigDecimal originalPrice) {
        System.out.println("抱歉！新客户没有折扣！");
        return originalPrice;
    }
}

老客户的报价策略实现

public class OldCustomerQuoteStrategy implements IQuoteStrategy {
    @Override
    public BigDecimal getPrice(BigDecimal originalPrice) {
        System.out.println("恭喜！老客户享有9折优惠！");
        originalPrice = originalPrice.multiply(new BigDecimal(0.9)).setScale(2,BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
        return originalPrice;
    }
}

VIP客户报价策略实现：

public class VIPCustomerQuoteStrategy implements IQuoteStrategy {
    @Override
    public BigDecimal getPrice(BigDecimal originalPrice) {
        System.out.println("恭喜！VIP客户享有8折优惠！");
        originalPrice = originalPrice.multiply(new BigDecimal(0.8)).setScale(2,BigDecimal.ROUND_HALF_UP);
        return originalPrice;
    }
}

报价上下文：

public class QuoteContext {
    //持有一个具体的报价策略
    private IQuoteStrategy quoteStrategy;

    //注入报价策略
    public QuoteContext(IQuoteStrategy quoteStrategy){
        this.quoteStrategy = quoteStrategy;
    }

    //回调具体报价策略的方法
    public BigDecimal getPrice(BigDecimal originalPrice){
        return quoteStrategy.getPrice(originalPrice);
    }
}

外部客户端：

 

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建老客户的报价策略
        IQuoteStrategy oldQuoteStrategy = new OldCustomerQuoteStrategy();

        //2.创建报价上下文对象，并设置具体的报价策略
        QuoteContext quoteContext = new QuoteContext(oldQuoteStrategy);

        //3.调用报价上下文的方法
        BigDecimal price = quoteContext.getPrice(new BigDecimal(100));

        System.out.println("折扣价为：" +price);
    }
}

 

深入理解策略模式：

• 策略模式的作用：就是把具体的算法实现从业务逻辑中剥离出来，成为一系列独立算法类，使得它们可以相互替换。

• 策略模式的着重点：不是如何来实现算法，而是如何组织和调用这些算法，从而让我们的程序结构更加的灵活、可扩展。

我们前面的第一个报价管理的示例，发现每个策略算法实现对应的都是在QuoteManager 中quote方法中的if else语句里面，我们知道if else if语句里面的代码在执行的可能性方面可以说是平等的，你要么执行if,要么执行else,要么执行else if。

策略模式就是把各个平等的具体实现进行抽象、封装成为独立的算法类，然后通过上下文和具体的算法类来进行交互。各个策略算法都是平等的，地位是一样的，正是由于各个算法的平等性，所以它们才是可以相互替换的。虽然我们可以动态的切换各个策略，但是同一时刻只能使用一个策略。

在这个点上，我们举个历史上有名的故事作为示例：

三国刘备取西川时，谋士庞统给的上、中、下三个计策：

• 上策：挑选精兵，昼夜兼行直接偷袭成都，可以一举而定，此为上计计也。

• 中策：杨怀、高沛是蜀中名将，手下有精锐部队，而且据守关头，我们可以装作要回荆州，引他们轻骑来见，可就此将其擒杀，而后进兵成都，此为中计。

• 下策：退还白帝，连引荆州，慢慢进图益州，此为下计。

这三个计策都是取西川的计策，也就是攻取西川这个问题的具体的策略算法，刘备可以采用上策，可以采用中策，当然也可以采用下策，由此可见策略模式的各种具体的策略算法都是平等的，可以相互替换。

那谁来选择具体采用哪种计策（算法）？

在这个故事中当然是刘备选择了，也就是外部的客户端选择使用某个具体的算法，然后把该算法（计策）设置到上下文当中；

还有一种情况就是客户端不选择具体的算法，把这个事交给上下文，这相当于刘备说我不管有哪些攻取西川的计策，我只要结果（成功的拿下西川），具体怎么攻占（有哪些计策，怎么选择）由参谋部来决定（上下文）。

下面我们演示下这种情景：

//攻取西川的策略
public interface IOccupationStrategyWestOfSiChuan {
    public void occupationWestOfSiChuan(String msg);
}

//攻取西川的上上计策
public class UpperStrategy implements IOccupationStrategyWestOfSiChuan {
    @Override
    public void occupationWestOfSiChuan(String msg) {
        if (msg == null || msg.length() < 5) {
            //故意设置障碍，导致上上计策失败
            System.out.println("由于计划泄露，上上计策失败！");
            int i = 100/0;
        }
        System.out.println("挑选精兵，昼夜兼行直接偷袭成都，可以一举而定,此为上计计也!");
    }
}

//攻取西川的中计策
public class MiddleStrategy implements IOccupationStrategyWestOfSiChuan {
    @Override
    public void occupationWestOfSiChuan(String msg) {
        System.out.println("杨怀、高沛是蜀中名将，手下有精锐部队，而且据守关头，我们可以装作要回荆州，引他们轻骑来见，可就此将其擒杀，而后进兵成都，此为中计。");
    }
}

//攻取西川的下计策
public class LowerStrategy implements IOccupationStrategyWestOfSiChuan {
    @Override
    public void occupationWestOfSiChuan(String msg) {
        System.out.println("退还白帝，连引荆州，慢慢进图益州，此为下计。");
    }
}

//攻取西川参谋部，就是上下文啦，由上下文来选择具体的策略
public class OccupationContext  {

    public void occupationWestOfSichuan(String msg){
        //先用上上计策
        IOccupationStrategyWestOfSiChuan strategy = new UpperStrategy();
        try {
            strategy.occupationWestOfSiChuan(msg);
        } catch (Exception e) {
            //上上计策有问题行不通之后，用中计策
            strategy = new MiddleStrategy();
            strategy.occupationWestOfSiChuan(msg);
        }
    }
}

//此时外部客户端相当于刘备了,不管具体采用什么计策，只要结果（成功的攻下西川）
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        OccupationContext context = new  OccupationContext();
        //这个给手下的人激励不够啊
        context.occupationWestOfSichuan("拿下西川");
        System.out.println("=========================");
        //这个人人有赏，让士兵有动力啊
        context.occupationWestOfSichuan("拿下西川之后，人人有赏！");
    }
}

我们上面的策略接口采用的是接口的形式来定义的，其实这个策略接口，是广义上的接口，不是语言层面的interface,也可以是一个抽象类，如果多个算法具有公有的数据，则可以将策略接口设计为一个抽象类，把公共的东西放到抽象类里面去。

策略模式在JDK中的应用：

在多线程编程中，我们经常使用线程池来管理线程，以减缓线程频繁的创建和销毁带来的资源的浪费，在创建线程池的时候，经常使用一个工厂类来创建线程池Executors,实际上Executors的内部使用的是类ThreadPoolExecutor.它有一个最终的构造函数如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

• corePoolSize：线程池中的核心线程数量，即使这些线程没有任务干，也不会将其销毁。

• maximumPoolSize：线程池中的最多能够创建的线程数量。

• keepAliveTime：当线程池中的线程数量大于corePoolSize时，多余的线程等待新任务的最长时间。

• unit：keepAliveTime的时间单位。

• workQueue：在线程池中的线程还没有还得及执行任务之前，保存任务的队列（当线程池中的线程都有任务在执行的时候，仍然有任务不断的提交过来，这些任务保存在workQueue队列中）。

• threadFactory：创建线程池中线程的工厂。

• handler：当线程池中没有多余的线程来执行任务，并且保存任务的多列也满了（指的是有界队列），对仍在提交给线程池的任务的处理策略。

RejectedExecutionHandler 是一个策略接口，用在当线程池中没有多余的线程来执行任务，并且保存任务的多列也满了（指的是有界队列），对仍在提交给线程池的任务的处理策略。

public interface RejectedExecutionHandler {

    /**
     *当ThreadPoolExecutor的execut方法调用时，并且ThreadPoolExecutor不能接受一个任务Task时，该方法就有可能被调用。
   * 不能接受一个任务Task的原因：有可能是没有多余的线程来处理，有可能是workqueue队列中没有多余的位置来存放该任务，该方法有可能抛出一个未受检的异常RejectedExecutionException
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param executor the executor attempting to execute this task
     * @throws RejectedExecutionException if there is no remedy
     */
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}

该策略接口有四个实现类：

AbortPolicy:该策略是直接将提交的任务抛弃掉，并抛出RejectedExecutionException异常。

/**
     * A handler for rejected tasks that throws a
     * <tt>RejectedExecutionException</tt>.
     */
    public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        /**
         * Creates an <tt>AbortPolicy</tt>.
         */
        public AbortPolicy() { }

        /**
         * Always throws RejectedExecutionException.
         * @param r the runnable task requested to be executed
         * @param e the executor attempting to execute this task
         * @throws RejectedExecutionException always.
         */
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            throw new RejectedExecutionException();
        }
    }

DiscardPolicy:该策略也是将任务抛弃掉（对于提交的任务不管不问，什么也不做），不过并不抛出异常。

/**
     * A handler for rejected tasks that silently discards the
     * rejected task.
     */
    public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        /**
         * Creates a <tt>DiscardPolicy</tt>.
         */
        public DiscardPolicy() { }

        /**
         * Does nothing, which has the effect of discarding task r.
         * @param r the runnable task requested to be executed
         * @param e the executor attempting to execute this task
         */
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        }
    }

DiscardOldestPolicy:该策略是当执行器未关闭时，从任务队列workQueue中取出第一个任务，并抛弃这第一个任务，进而有空间存储刚刚提交的任务。使用该策略要特别小心，因为它会直接抛弃之前的任务。

/**
     * A handler for rejected tasks that discards the oldest unhandled
     * request and then retries <tt>execute</tt>, unless the executor
     * is shut down, in which case the task is discarded.
     */
    public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        /**
         * Creates a <tt>DiscardOldestPolicy</tt> for the given executor.
         */
        public DiscardOldestPolicy() { }

        /**
         * Obtains and ignores the next task that the executor
         * would otherwise execute, if one is immediately available,
         * and then retries execution of task r, unless the executor
         * is shut down, in which case task r is instead discarded.
         * @param r the runnable task requested to be executed
         * @param e the executor attempting to execute this task
         */
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                e.getQueue().poll();
                e.execute(r);
            }
        }
    }

CallerRunsPolicy:该策略并没有抛弃任何的任务，由于线程池中已经没有了多余的线程来分配该任务，该策略是在当前线程（调用者线程）中直接执行该任务。

/**
     * A handler for rejected tasks that runs the rejected task
     * directly in the calling thread of the {@code execute} method,
     * unless the executor has been shut down, in which case the task
     * is discarded.
     */
    public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        /**
         * Creates a {@code CallerRunsPolicy}.
         */
        public CallerRunsPolicy() { }

        /**
         * Executes task r in the caller's thread, unless the executor
         * has been shut down, in which case the task is discarded.
         *
         * @param r the runnable task requested to be executed
         * @param e the executor attempting to execute this task
         */
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                r.run();
            }
        }
    }

策略模式的优点：

1. 策略模式的功能就是通过抽象、封装来定义一系列的算法，使得这些算法可以相互替换，所以为这些算法定义一个公共的接口，以约束这些算法的功能实现。如果这些算法具有公共的功能，可以将接口变为抽象类，将公共功能放到抽象父类里面。

2. 策略模式的一系列算法是可以相互替换的、是平等的，写在一起就是if-else组织结构，如果算法实现里又有条件语句，就构成了多重条件语句，可以用策略模式，避免这样的多重条件语句。

3. 扩展性更好：在策略模式中扩展策略实现非常的容易，只要新增一个策略实现类，然后在使用策略实现的地方，使用这个新的策略实现就好了。

策略模式的缺点：

1.客户端必须了解所有的策略，清楚它们的不同：

如果由客户端来决定使用何种算法，那客户端必须知道所有的策略，清楚各个策略的功能和不同，这样才能做出正确的选择，但是这暴露了策略的具体实现。

2.增加了对象的数量：

由于策略模式将每个具体的算法都单独封装为一个策略类，如果可选的策略有很多的话，那对象的数量也会很多。

3.只适合偏平的算法结构：

由于策略模式的各个策略实现是平等的关系（可相互替换），实际上就构成了一个扁平的算法结构。即一个策略接口下面有多个平等的策略实现（多个策略实现是兄弟关系），并且运行时只能有一个算法被使用。这就限制了算法的使用层级，且不能被嵌套。

策略模式的本质：

分离算法，选择实现。

如果你仔细思考策略模式的结构和功能的话，就会发现：如果没有上下文，策略模式就回到了最基本的接口和实现了，只要是面向接口编程，就能够享受到面向接口编程带来的好处，通过一个统一的策略接口来封装和分离各个具体的策略实现，无需关系具体的策略实现。

貌似没有上下文什么事，但是如果没有上下文的话，客户端就必须直接和具体的策略实现进行交互了，尤其是需要提供一些公共功能或者是存储一些状态的时候，会大大增加客户端使用的难度；引入上下文之后，这部分工作可以由上下文来完成，客户端只需要和上下文进行交互就可以了。这样可以让策略模式更具有整体性，客户端也更加的简单。

策略模式体现了开闭原则：策略模式把一系列的可变算法进行封装，从而定义了良好的程序结构，在出现新的算法的时候，可以很容易的将新的算法实现加入到已有的系统中，而已有的实现不需要修改。

策略模式体现了里氏替换原则：策略模式是一个扁平的结构，各个策略实现都是兄弟关系，实现了同一个接口或者继承了同一个抽象类。这样只要使用策略的客户端保持面向抽象编程，就可以动态的切换不同的策略实现以进行替换。

public class NewCustomerQuoteStrategy implements IQuoteStrategy {    @Override    public BigDecimal getPrice(BigDecimal originalPrice) {        System.out.println("抱歉！新客户没有折扣！");        return originalPrice;    }}