策略模式 (Strategy)详解

一、什么是策略模式？

• 定义： 策略模式是一种行为型设计模式。 它定义了一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以相互替换。
• 核心思想： 将算法的定义与使用分离。 客户端代码不直接调用具体的算法，而是通过一个统一的接口（策略接口）来访问不同的算法。
• 意图： 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。

二、策略模式的结构

策略模式通常包含以下几个角色：

1. Context (环境/上下文):

   • 维护一个对 Strategy 对象的引用。
   • 定义客户端使用的接口。
   • 可以包含一些与算法无关的业务逻辑。
   • 不直接与具体策略类交互，而是通过 Strategy 接口与策略类交互。

2. Strategy (策略接口):

   • 定义所有支持的算法的公共接口。
   • 通常是一个接口或抽象类。

3. ConcreteStrategy (具体策略):

   • 实现 Strategy 接口，提供具体的算法实现。
   • 可以有多个 ConcreteStrategy 类，每个类实现一种不同的算法。

UML 类图:

+-----------------+         +-----------------+       +---------------------+
|     Context     |-------->|   <<Strategy>>   |       |   ConcreteStrategyA |
+-----------------+         +-----------------+       +---------------------+
| -strategy       |         | +algorithm()    |------>| +algorithm()        |
+-----------------+         +-----------------+       +---------------------+
| +contextInterface()|                                   
+-----------------+                                   +---------------------+|   ConcreteStrategyB |+---------------------+| +algorithm()        |+---------------------++---------------------+|   ConcreteStrategyC |+---------------------+| +algorithm()        |+---------------------+

三、策略模式的实现 (Java)

// 策略接口
interface PaymentStrategy {void pay(int amount);
}// 具体策略类 - 支付宝支付
class AlipayStrategy implements PaymentStrategy {private String email;private String password;public AlipayStrategy(String email, String password) {this.email = email;this.password = password;}@Overridepublic void pay(int amount) {System.out.println("Paid " + amount + " using Alipay.");// ... 支付宝支付的具体逻辑 ...}
}// 具体策略类 - 微信支付
class WeChatPayStrategy implements PaymentStrategy {private String appId;private String secretKey;public WeChatPayStrategy(String appId, String secretKey) {this.appId = appId;this.secretKey = secretKey;}@Overridepublic void pay(int amount) {System.out.println("Paid " + amount + " using WeChat Pay.");// ... 微信支付的具体逻辑 ...}
}// 具体策略类 - 银行卡支付
class CreditCardStrategy implements PaymentStrategy {private String cardNumber;private String cvv;private String dateOfExpiry;public CreditCardStrategy(String cardNumber, String cvv, String dateOfExpiry) {this.cardNumber = cardNumber;this.cvv = cvv;this.dateOfExpiry = dateOfExpiry;}@Overridepublic void pay(int amount) {System.out.println("Paid " + amount + " using Credit Card.");// ... 银行卡支付的具体逻辑 ...}
}// 上下文类
class ShoppingCart {private List<Item> items;private PaymentStrategy paymentStrategy; // 持有策略接口的引用public ShoppingCart() {this.items = new ArrayList<>();}public void addItem(Item item) {this.items.add(item);}public void removeItem(Item item) {this.items.remove(item);}public int calculateTotal() {int sum = 0;for (Item item : items) {sum += item.getPrice();}return sum;}// 设置支付策略public void setPaymentStrategy(PaymentStrategy paymentStrategy) {this.paymentStrategy = paymentStrategy;}// 使用支付策略进行支付public void pay() {int amount = calculateTotal();paymentStrategy.pay(amount); // 通过策略接口调用具体算法}
}// 商品类 (示例)
class Item {private String upcCode;private int price;public Item(String upcCode, int price) {this.upcCode = upcCode;this.price = price;}public String getUpcCode() {return upcCode;}public int getPrice() {return price;}
}// 客户端代码
public class StrategyPatternExample {public static void main(String[] args) {ShoppingCart cart = new ShoppingCart();Item item1 = new Item("1234", 10);Item item2 = new Item("5678", 40);cart.addItem(item1);cart.addItem(item2);// 使用支付宝支付cart.setPaymentStrategy(new AlipayStrategy("myemail@example.com", "mypwd"));cart.pay();// 使用微信支付cart.setPaymentStrategy(new WeChatPayStrategy("myAppId", "mySecretKey"));cart.pay();// 使用银行卡支付cart.setPaymentStrategy(new CreditCardStrategy("1234567890123456", "786", "12/24"));cart.pay();}
}

代码解释：

• PaymentStrategy (策略接口)： 定义了支付的公共接口 pay()。
• AlipayStrategy、WeChatPayStrategy、CreditCardStrategy (具体策略)： 实现了 PaymentStrategy 接口，提供了不同的支付方式。
• ShoppingCart (上下文)： 维护了一个 PaymentStrategy 类型的引用，可以在运行时设置不同的支付策略。 pay() 方法通过 paymentStrategy 对象调用具体的支付算法。

四、策略模式的优缺点

优点：

• 开闭原则： 增加新的策略非常方便，无需修改原有代码，只需要添加新的具体策略类即可。
• 避免使用多重条件判断： 将不同的算法封装到不同的策略类中，避免了使用 if-else 或 switch-case 等多重条件判断语句。
• 提高算法的复用性： 不同的策略类可以被多个上下文对象复用。
• 提高算法的保密性： 客户端不需要知道算法的具体实现细节。
• 松耦合： 算法的定义与使用分离，降低了代码的耦合度。

缺点：

• 客户端必须知道所有的策略类： 客户端需要知道所有的策略类，并选择合适的策略类。
• 增加类的数量： 每增加一个策略，就需要增加一个具体策略类，可能会导致类的数量过多。
• 只适用于算法或行为的选择： 策略模式只适用于封装算法或行为，不适用于封装对象的状态。
• 策略间通信： 如果策略之间需要共享数据或进行通信，可能需要额外的机制来处理。

五、策略模式的适用场景

• 需要在运行时动态地选择算法： 例如，根据用户的选择、系统配置或外部条件来选择不同的算法。
• 有多种算法或行为可供选择： 例如，排序算法（冒泡排序、快速排序、归并排序）、压缩算法（ZIP、GZIP、RAR）、加密算法（AES、DES、RSA）等。
• 需要避免使用多重条件判断语句： 如果代码中存在大量的 if-else 或 switch-case 语句来根据不同的条件选择不同的算法，可以考虑使用策略模式。
• 需要对客户端隐藏算法的具体实现细节： 可以将算法的实现细节封装在策略类中，只向客户端暴露策略接口。

六、策略模式的应用示例

1. 排序算法： 定义一个排序策略接口，不同的排序算法（例如冒泡排序、快速排序、归并排序）实现该接口。 客户端可以根据需要选择不同的排序算法。
2. 压缩算法： 定义一个压缩策略接口，不同的压缩算法（例如 ZIP、GZIP、RAR）实现该接口。 客户端可以根据需要选择不同的压缩算法。
3. 加密算法： 定义一个加密策略接口，不同的加密算法（例如 AES、DES、RSA）实现该接口。 客户端可以根据需要选择不同的加密算法。
4. 支付方式： 定义一个支付策略接口，不同的支付方式（例如支付宝、微信支付、银行卡支付）实现该接口。 客户端可以根据需要选择不同的支付方式。
5. Java I/O 中的 Comparator 接口： Comparator 接口定义了比较两个对象的方法。 可以创建不同的 Comparator 实现类来定义不同的比较策略。

七、策略模式 vs. 模板方法模式 vs. 状态模式

• 策略模式 (Strategy): 关注的是 算法的替换，通过组合和接口来实现算法的切换。
• 模板方法模式 (Template Method): 关注的是 算法的骨架，通过继承和重写来实现算法的可变部分。
• 状态模式 (State): 关注的是 对象的状态变化，通过状态对象来改变对象的行为。

区别：

特征	策略模式	模板方法模式	状态模式
关注点	算法选择	算法骨架	对象状态
实现方式	组合/委托	继承	组合/委托
可变部分	不同的策略类实现相同的接口	子类实现抽象方法或覆盖钩子方法	不同的状态类实现相同的接口
算法结构	策略类定义算法，客户端选择具体的策略	模板方法定义算法结构，子类实现具体步骤	状态类定义状态下的行为，Context 对象根据状态切换行为
控制反转	有	有	有
适用场景	定义一系列算法，并在运行时动态选择算法	定义算法骨架，部分步骤延迟到子类实现	对象行为取决于状态，且状态变化复杂

总结：

策略模式是一种非常有用的设计模式，它可以将算法的定义与使用分离，提高代码的可扩展性、可维护性和可复用性。