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:

1 public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
2     Object[] a = list.toArray();
3     Arrays.sort(a, (Comparator)c);
4     ListIterator i = list.listIterator();
5     for (int j=0; j<a.length; j++) {
6         i.next();
7         i.set(a[j]);
8     }
9     }

跟一下第3行:

1 public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
2     T[] aux = (T[])a.clone();
3         if (c==null)
4             mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0);
5         else
6             mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0, c);
7     }

传入的c不为null,跟一下第6行的mergeSort:

 1 private static void mergeSort(Object[] src,
 2                   Object[] dest,
 3                   int low, int high, int off,
 4                   Comparator c) {
 5     int length = high - low;
 6 
 7     // Insertion sort on smallest arrays
 8     if (length < INSERTIONSORT_THRESHOLD) {
 9         for (int i=low; i<high; i++)
10         for (int j=i; j>low && c.compare(dest[j-1], dest[j])>0; j--)
11             swap(dest, j, j-1);
12         return;
13     }
14 
15         // Recursively sort halves of dest into src
16         int destLow  = low;
17         int destHigh = high;
18         low  += off;
19         high += off;
20         int mid = (low + high) >>> 1;
21         mergeSort(dest, src, low, mid, -off, c);
22         mergeSort(dest, src, mid, high, -off, c);
23 
24         // If list is already sorted, just copy from src to dest.  This is an
25         // optimization that results in faster sorts for nearly ordered lists.
26         if (c.compare(src[mid-1], src[mid]) <= 0) {
27            System.arraycopy(src, low, dest, destLow, length);
28            return;
29         }
30 
31         // Merge sorted halves (now in src) into dest
32         for(int i = destLow, p = low, q = mid; i < destHigh; i++) {
33             if (q >= high || p < mid && c.compare(src[p], src[q]) <= 0)
34                 dest[i] = src[p++];
35             else
36                 dest[i] = src[q++];
37         }
38     }

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

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