Java设计模式6：策略模式

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：

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

跟一下第3行：

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

传入的c不为null，跟一下第6行的mergeSort：

private static void mergeSort(Object[] src,
                  Object[] dest,
                  int low, int high, int off,
                  Comparator c) {
    int length = high - low;

    // Insertion sort on smallest arrays
    if (length < INSERTIONSORT_THRESHOLD) {
        for (int i=low; i<high; i++)
        for (int j=i; j>low && c.compare(dest[j-1], dest[j])>0; j--)
            swap(dest, j, j-1);
        return;
    }

        // Recursively sort halves of dest into src
        int destLow  = low;
        int destHigh = high;
        low  += off;
        high += off;
        int mid = (low + high) >>> 1;
        mergeSort(dest, src, low, mid, -off, c);
        mergeSort(dest, src, mid, high, -off, c);

        // If list is already sorted, just copy from src to dest.  This is an
        // optimization that results in faster sorts for nearly ordered lists.
        if (c.compare(src[mid-1], src[mid]) <= 0) {
           System.arraycopy(src, low, dest, destLow, length);
           return;
        }

        // Merge sorted halves (now in src) into dest
        for(int i = destLow, p = low, q = mid; i < destHigh; i++) {
            if (q >= high || p < mid && c.compare(src[p], src[q]) <= 0)
                dest[i] = src[p++];
            else
                dest[i] = src[q++];
        }
    }

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。

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