设计模式-策略模式（Strategy Pattern）
设计模式-策略模式（Strategy Pattern）
一、概要
在软件设计中，策略模式（Strategy Pattern）是一种非常重要的行为型设计模式。它的核心思想是将算法或行为封装在不同的策略类中，使得它们可以互换，从而使得算法的选择和变更变得更加灵活和可扩展。
策略模式定义了一个算法家族，分别封装起来，让它们可以互相替换。此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。
主要角色：
- Context（上下文）：持有一个策略对象的引用，用于调用具体的策略。
- Strategy（策略接口）：定义所有支持的算法的公共接口。
- ConcreteStrategy（具体策略）：实现了策略接口的具体类，每个类封装了不同的算法或行为。
策略模式的类图：
+-------------+
| Context |
+-------------+
| - strategy |
+-------------+
| + setStrategy(Strategy) |
| + execute() |
+-------------+
^
|
+------------------+
| Strategy |
+------------------+
| + algorithm() |
+------------------+
^ ^
| |
+------------------+ +-------------------+
| ConcreteStrategyA| | ConcreteStrategyB |
+------------------+ +-------------------+
| + algorithm() | | + algorithm() |
+------------------+ +-------------------+
二、策略模式的核心思想
策略模式的核心思想是将算法封装到一个个策略类中，并通过上下文对象动态决定使用哪个策略类，从而实现了算法的灵活切换和扩展。当需要改变某个具体行为时，只需修改策略类，而不必修改客户端代码。这样做能有效减少条件语句（如 if-else 或 switch-case），提高代码的可维护性和可扩展性。
三、策略模式的实现
下面我们通过一个实际的 Java 示例来深入理解策略模式。
3.1 定义策略接口
首先，定义一个 Strategy 接口，它包含所有策略类的公共方法。
public interface Strategy {
void executeAlgorithm();
}
3.2 实现具体策略类
接着，我们实现两个具体的策略类，它们分别代表不同的算法。
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
@Override
public void executeAlgorithm() {
System.out.println("Executing strategy A.");
}
}
public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
@Override
public void executeAlgorithm() {
System.out.println("Executing strategy B.");
}
}
3.3 定义上下文类
然后，我们定义一个 Context 类，它持有一个策略对象，并通过该策略对象调用算法。
public class Context {
private Strategy strategy;
public Context(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
// 设置不同的策略
public void setStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
// 执行当前策略
public void execute() {
strategy.executeAlgorithm();
}
}
3.4 测试策略模式
现在我们通过测试代码来演示策略模式的使用：
public class StrategyPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建不同的策略
Strategy strategyA = new ConcreteStrategyA();
Strategy strategyB = new ConcreteStrategyB();
// 创建上下文，使用策略A
Context context = new Context(strategyA);
context.execute(); // 输出: Executing strategy A.
// 切换策略为B
context.setStrategy(strategyB);
context.execute(); // 输出: Executing strategy B.
}
}
3.5 策略模式的输出
Executing strategy A.
Executing strategy B.
四、策略模式的优缺点
4.1 优点
- 灵活的算法选择：通过上下文类可以动态选择不同的策略，而无需修改客户端代码。这样，我们能够在运行时决定具体使用哪种策略，增强了代码的灵活性。
- 避免大量条件语句：策略模式避免了使用大量的 if-else 或 switch-case 语句来选择算法，使得代码更加清晰和简洁。
- 易于扩展：由于策略类都是独立的，如果要增加新算法，直接添加一个新的策略类即可，无需修改现有代码，符合开闭原则。
- 高内聚低耦合：每个策略类都封装了独立的行为，与其他策略类没有直接关系，提高了系统的内聚性，同时也增强了系统的可维护性。
4.2 缺点
- 增加类的数量：每种不同的算法或行为都需要一个具体策略类，这可能导致类的数量过多，尤其是在策略算法比较多时。
- 客户端必须了解所有策略：在一些情况下，客户端需要知道所有可能的策略，才能正确地选择并使用合适的策略。这可能导致一定的复杂度。
五、策略模式与其他设计模式的对比
5.1 策略模式 vs 状态模式
策略模式和状态模式都涉及到动态改变对象行为，但两者的应用场景有所不同。
| 特性 | 策略模式 | 状态模式 |
|---|---|---|
| 用途 | 主要用于封装不同的算法 | 主要用于封装对象在不同状态下的行为 |
| 对象的行为改变 | 通过切换策略来改变对象行为 | 通过切换状态来改变对象行为 |
| 算法的切换 | 客户端明确选择策略 | 状态对象自行决定行为 |
| 实现方式 上下文持有策略实例，外部决定使用哪种策略 | 上下文持有状态实例，状态决定行为 |
5.2 策略模式 vs 工厂模式
策略模式和工厂模式常常一起使用，但它们的目的有所不同。
| 特性 | 策略模式 | 工厂模式 |
|---|---|---|
| 目的 | 封装不同的算法和行为 | 创建对象，尤其是创建复杂对象 |
| 关注点 | 运行时根据不同策略决定行为 | 提供一种创建对象的统一接口 |
| 实现方式 | 通过上下文对象在运行时选择策略 | 通过工厂方法创建对象并返回 |
| 适用场景 | 动态行为切换，避免条件语句 | 创建复杂对象，特别是当对象创建过程复杂时 |
策略模式是行为型模式，强调算法和行为的封装与切换，而工厂模式则强调对象的创建过程。
六、策略模式的实际应用
策略模式在实际项目中有广泛的应用，以下是几个常见的场景：
- 支付方式选择：在电商网站中，可以使用策略模式来选择不同的支付方式（如支付宝、微信支付、银行卡支付等）。
- 排序算法选择：在数据处理系统中，用户可以根据数据的不同需求选择不同的排序算法，如快速排序、冒泡排序等。
- 图形绘制：在图形界面程序中，不同的图形（如矩形、圆形）可能有不同的绘制方式，使用策略模式可以将绘制方式封装成不同的策略。
七、总结
策略模式是一种非常有用的设计模式，它使得系统的行为更加灵活，可以在运行时动态选择具体的算法或行为，从而避免了大量的条件语句。
如果在实际项目中遇到了需要在多个算法或行为之间切换的场景，策略模式是一个非常值得考虑的解决方案。它能有效提升系统的可扩展性和可维护性。
在实际应用中，策略模式和其他设计模式（如状态模式、工厂模式等）往往可以结合使用，以满足更复杂的业务需求。
以上是关于 设计模式-策略模式（Strategy Pattern）的部分见解