Java设计模式—策略模式(Strategy)

2024-09-04 12:28

本文主要是介绍Java设计模式—策略模式(Strategy),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

模式动机

  • 完成一项任务,往往可以有多种不同的方式,每一种方式称为一个策略,我们可以根据环境或者条件的不同选择不同的策略来完成该项任务。
  • 在软件开发中也常常遇到类似的情况,实现某一个功能有多个途径,此时可以使用一种设计模式来使得系统可以灵活地选择解决途径,也能够方便地增加新的解决途径。
  • 在软件系统中,有许多算法可以实现某一功能,如查找、排序等,一种常用的方法是硬编码(Hard Coding)在一个类中,如需要提供多种查找算法,可以将这些算法写到一个类中,在该类中提供多个方法,每一个方法对应一个具体的查找算法;当然也可以将这些查找算法封装在一个统一的方法中,通过if…else…等条件判断语句来进行选择。这两种实现方法我们都可以称之为硬编码,如果需要增加一种新的查找算法,需要修改封装算法类的源代码;更换查找算法,也需要修改客户端调用代码。在这个算法类中封装了大量查找算法,该类代码将较复杂,维护较为困难。
  • 除了提供专门的查找算法类之外,还可以在客户端程序中直接包含算法代码,这种做法更不可取,将导致客户端程序庞大而且难以维护,如果存在大量可供选择的算法时问题将变得更加严重。
  • 为了解决这些问题,可以定义一些独立的类来封装不同的算法,每一个类封装一个具体的算法,在这里,每一个封装算法的类我们都可以称之为策略(Strategy),为了保证这些策略的一致性,一般会用一个抽象的策略类来做算法的定义,而具体每种算法则对应于一个具体策略类。

模式定义

策略(Strategy)模式是一种行为设计模式,它使你能在运行时改变对象的行为。它定义了一系列算法,并将每一个算法封装起来,使它们可以相互替换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

模式结构

策略模式包含以下几个组成部分:

  • 策略接口(Strategy):定义了一个公共接口,所有的具体策略都要实现这个接口。
  • 具体策略(Concrete Strategy):实现了策略接口中的算法。
  • 上下文(Context):使用某个策略类,并且提供了一个接口让外部可以给它设置策略。

时序图

对于策略模式的时序图,它大致如下:

  1. 客户端决定使用哪种策略,并创建相应的具体策略对象。
  2. 客户端创建上下文对象,并将具体策略对象传递给上下文。
  3. 在某些触发条件下,上下文调用策略对象的方法来执行具体的算法。
  4. 策略对象执行其算法,并返回结果给上下文。
  5. 上下文处理结果,并将最终的结果返回给客户端。

代码分析

下面是一个简单的示例代码,展示如何使用策略模式:

// 策略接口
interface PaymentStrategy {double calculateTotal(double amount);
}// 具体策略A - 不打折
class NoDiscountPayment implements PaymentStrategy {@Overridepublic double calculateTotal(double amount) {return amount;}
}// 具体策略B - 打九折
class TenPercentOffPayment implements PaymentStrategy {@Overridepublic double calculateTotal(double amount) {return amount * 0.9;}
}// 上下文
class ShoppingCart {private PaymentStrategy strategy;public ShoppingCart(PaymentStrategy strategy) {this.strategy = strategy;}public double calculateTotal(double amount) {return strategy.calculateTotal(amount);}
}

模式分析

  • 策略模式是一个比较容易理解和使用的设计模式,策略模式是对算法的封装,它把算法的责任和算法本身分割开,委派给不同的对象管理。策略模式通常把一个系列的算法封装到一系列的策略类里面,作为一个抽象策略类的子类。用一句话来说,就是“准备一组算法,并将每一个算法封装起来,使得它们可以互换”。
  • 在策略模式中,应当由客户端自己决定在什么情况下使用什么具体策略角色。
  • 策略模式仅仅封装算法,提供新算法插入到已有系统中,以及老算法从系统中“退休”的方便,策略模式并不决定在何时使用何种算法,算法的选择由客户端来决定。这在一定程度上提高了系统的灵活性,但是客户端需要理解所有具体策略类之间的区别,以便选择合适的算法,这也是策略模式的缺点之一,在一定程度上增加了客户端的使用难度。

实例

继续上面的购物车示例,我们可以根据用户的会员等级动态地选择不同的支付策略。例如,普通用户使用NoDiscountPayment策略,而VIP用户则使用TenPercentOffPayment策略。

优点

  • 多个类只改变其中的一个算法。
  • 客户端可以选择一个算法而不“硬编码”它。
  • 支持开闭原则:可以在不修改原有代码的情况下增加新的算法。

缺点

  • 客户端必须理解所有策略的差异,并自行决定使用哪一个策略。
  • 策略模式导致了很多小类的产生。

适用环境

  • 许多相关的类仅仅是行为有异。
  • 需要在运行时刻选择一个算法或行为。

模式应用

策略模式广泛应用于各种需要动态选择算法的场景中,比如排序算法的选择、数据库查询优化等。

模式扩展

  • 可以通过环境类状态的个数来决定是使用策略模式还是状态模式。
  • 策略模式的环境类自己选择一个具体策略类,具体策略类无须关心环境类;而状态模式的环境类由于外在因素需要放进一个具体状态中,以便通过其方法实现状态的切换,因此环境类和状态类之间存在一种双向的关联关系。
  • 使用策略模式时,客户端需要知道所选的具体策略是哪一个,而使用状态模式时,客户端无须关心具体状态,环境类的状态会根据用户的操作自动转换。
  • 如果系统中某个类的对象存在多种状态,不同状态下行为有差异,而且这些状态之间可以发生转换时使用状态模式;如果系统中某个类的某一行为存在多种实现方式,而且这些实现方式可以互换时使用策略模式。

总结

  • 在策略模式中定义了一系列算法,将每一个算法封装起来,并让它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化,也称为政策模式。策略模式是一种对象行为型模式。
  • 策略模式包含三个角色:环境类在解决某个问题时可以采用多种策略,在环境类中维护一个对抽象策略类的引用实例;抽象策略类为所支持的算法声明了抽象方法,是所有策略类的父类;具体策略类实现了在抽象策略类中定义的算法。
  • 策略模式是对算法的封装,它把算法的责任和算法本身分割开,委派给不同的对象管理。策略模式通常把一个系列的算法封装到一系列的策略类里面,作为一个抽象策略类的子类。
  • 策略模式主要优点在于对“开闭原则”的完美支持,在不修改原有系统的基础上可以更换算法或者增加新的算法,它很好地管理算法族,提高了代码的复用性,是一种替换继承,避免多重条件转移语句的实现方式;其缺点在于客户端必须知道所有的策略类,并理解其区别,同时在一定程度上增加了系统中类的个数,可能会存在很多策略类。
  • 策略模式适用情况包括:在一个系统里面有许多类,它们之间的区别仅在于它们的行为,使用策略模式可以动态地让一个对象在许多行为中选择一种行为;一个系统需要动态地在几种算法中选择一种;避免使用难以维护的多重条件选择语句;希望在具体策略类中封装算法和与相关的数据结构。

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