【设计模式】策略模式详解

1.简介

策略模式是一种行为型设计模式，通过定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使得它们可以互换使用。策略模式的主要思想是将算法的定义与其使用分离，以便在运行时灵活地选择或更换算法。

策略模式主要包括以下角色：

1. 抽象策略（Strategy）：定义了一个算法族的接口或抽象类，所有具体策略都必须实现这个接口。它可以包含一个或多个方法，用于执行特定的算法。
2. 具体策略（Concrete Strategy）：实现抽象策略接口，提供具体的算法实现。这些具体策略可以互换使用，满足不同的需求。
3. 上下文（Context）：持有一个策略对象的引用，并通过这个策略对象来调用具体的算法。上下文可以在运行时选择或更改策略，从而灵活地调整行为。

通过使用策略模式，可以避免使用大量的条件语句，将不同的算法封装在独立的策略类中，使代码更加清晰和易于维护。例如，在一个支付系统中，不同的支付方式（如信用卡支付、PayPal支付、银行转账等）可以作为不同的策略来实现。客户端可以通过上下文对象来选择合适的支付策略，从而实现不同的支付方式。

2.实现案例

【例】促销活动
一家百货公司在定年度的促销活动。针对不同的节日（春节、中秋节、圣诞节）推出不同的促销活动，由促销员将促销活动展示给客户。类图如下：

代码如下：

定义百货公司所有促销活动的共同接口

public interface Strategy {
void show();
}

定义具体策略角色（Concrete Strategy）：每个节日具体的促销活动

//为春节准备的促销活动A
public class StrategyA implements Strategy {

public void show() {
    System.out.println("买一送一");
}
}

//为中秋准备的促销活动B
public class StrategyB implements Strategy {

public void show() {
    System.out.println("满200元减50元");
}
}

//为圣诞准备的促销活动C
public class StrategyC implements Strategy {

public void show() {
    System.out.println("满1000元加一元换购任意200元以下商品");
}
}

定义环境角色（Context）：用于连接上下文，即把促销活动推销给客户，这里可以理解为销售员

public class SalesMan {                        
//持有抽象策略角色的引用                              
private Strategy strategy;                 
                                           
public SalesMan(Strategy strategy) {       
    this.strategy = strategy;              
}                                          
                                           
//向客户展示促销活动                                
public void salesManShow(){                
    strategy.show();                       
}                                          
}                                 

public class Client {
public static void main(String[] args) {
    SalesMan salesMan = new SalesMan(new StrategyA());
    salesMan.salesManShow();
}
}

其实如果很复杂的工程，这里的具体策略的生产可以创建个工厂来负责，客户端只需要知道策略的名字或者其它标识，由工厂接收标识来生产。

简单举例：

public class SimpleFactory {
public static Strategy newStrategy(String name) {
    if (name.equals("春节")) {
        return new StrategyA();
    }else if (name.equals("中秋节")) {
        return new StrategyB();
    }else if (name.equals("端午节")) {
        return new StrategyC();
    }
    return null;
}
}

3.优缺点

优点：

• 策略类之间可以自由切换
• 由于策略类都实现同一个接口，所以使它们之间可以自由切换。
• 易于扩展
  • 增加一个新的策略只需要添加一个具体的策略类即可，基本不需要改变原有的代码，符合“开闭原则“
• 避免使用多重条件选择语句（if else），充分体现面向对象设计思想。

缺点：

• 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类。
• 策略模式将造成产生很多策略类，可以通过使用享元模式在一定程度上减少对象的数量。

使用场景

• 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种时，可将每个算法封装到策略类中。
• 一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现，可将每个条件分支移入它们各自的策略类中以代替这些条件语句。
• 系统中各算法彼此完全独立，且要求对客户隐藏具体算法的实现细节时。
• 系统要求使用算法的客户不应该知道其操作的数据时，可使用策略模式来隐藏与算法相关的数据结构。
• 多个类只区别在表现行为不同，可以使用策略模式，在运行时动态选择具体要执行的行为。

4.JDK源码分析

Comparator 中的策略模式。在Arrays类中有一个 sort() 方法，如下：

public class Arrays{
public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
    if (c == null) {
        sort(a);
    } else {
        if (LegacyMergeSort.userRequested)
            legacyMergeSort(a, c);
        else
            TimSort.sort(a, 0, a.length, c, null, 0, 0);
    }
}
}

Arrays就是一个环境角色类，这个sort方法可以传一个新策略让Arrays根据这个策略来进行排序。就比如下面的测试类。

public class demo {
public static void main(String[] args) {

    Integer[] data = {12, 2, 3, 2, 4, 5, 1};
    // 实现降序排序
    Arrays.sort(data, new Comparator<Integer>() {
        public int compare(Integer o1, Integer o2) {
            return o2 - o1;
        }
    });
    System.out.println(Arrays.toString(data)); //[12, 5, 4, 3, 2, 2, 1]
}
}

这里我们在调用Arrays的sort方法时，第二个参数传递的是Comparator接口的子实现类对象。所以Comparator充当的是抽象策略角色，而具体的子实现类充当的是具体策略角色。环境角色类（Arrays）应该持有抽象策略的引用来调用。那么，Arrays类的sort方法到底有没有使用Comparator子实现类中的 compare() 方法吗？让我们继续查看TimSort类的 sort() 方法，代码如下：

class TimSort<T> {
static <T> void sort(T[] a, int lo, int hi, Comparator<? super T> c,
                     T[] work, int workBase, int workLen) {
    assert c != null && a != null && lo >= 0 && lo <= hi && hi <= a.length;

    int nRemaining  = hi - lo;
    if (nRemaining < 2)
        return;  // Arrays of size 0 and 1 are always sorted

    // If array is small, do a "mini-TimSort" with no merges
    if (nRemaining < MIN_MERGE) {
        int initRunLen = countRunAndMakeAscending(a, lo, hi, c);
        binarySort(a, lo, hi, lo + initRunLen, c);
        return;
    }
    ...
}   
    
private static <T> int countRunAndMakeAscending(T[] a, int lo, int hi,Comparator<? super T> c) {
    assert lo < hi;
    int runHi = lo + 1;
    if (runHi == hi)
        return 1;

    // Find end of run, and reverse range if descending
    if (c.compare(a[runHi++], a[lo]) < 0) { // Descending
        while (runHi < hi && c.compare(a[runHi], a[runHi - 1]) < 0)
            runHi++;
        reverseRange(a, lo, runHi);
    } else {                              // Ascending
        while (runHi < hi && c.compare(a[runHi], a[runHi - 1]) >= 0)
            runHi++;
    }

    return runHi - lo;
}
}

上面的代码中最终会跑到 countRunAndMakeAscending() 这个方法中。我们可以看见，只用了compare方法，所以在调用Arrays.sort方法只传具体compare重写方法的类对象就行，这也是Comparator接口中必须要子类实现的一个方法。