设计模式-策略模式 Strategy

策略模式

1) 原理和实现原理和实现)

该模式最常见的应用场景是，利用它来避免冗长的 if-else 或 switch 分支判断。不过，它的作用还不止如此。它也可以像模板模式那样，提供框架的扩展点等等。

1) 原理和实现

策略模式，英文全称是 Strategy Design Pattern。该模式是这样定义的：

Define a family of algorithms, encapsulate each one, and make them interchangeable. Strategy lets the algorithm vary independently from clients that use it。

翻译成中文就是：定义一族算法类，将每个算法分别封装起来，让它们可以互相替换。策略模式可以使算法的变化独立于使用它们的客户端（这里的客户端代指使用算法的代码）。

策略模式主要包含以下角色：

策略接口（Strategy）：定义所有支持的算法的公共接口。客户端使用这个接口与具体策略进行交互。
具体策略（Concrete Strategy）：实现策略接口的具体策略类。这些类封装了实际的算法逻辑。
上下文（Context）：持有一个策略对象，用于与客户端进行交互。上下文可以定义一些接口，让客户端不直接与策略接口交互，从而实现策略的封装。

让我们以一个简单的例子来说明策略模式：假设我们要实现一个计算器，支持加法、减法和乘法运算 。我们可以使用策略模式将各种运算独立为不同的策略，并让客户端根据需要选择和使用不同的策略。

首先，定义一个策略接口Operation：

java 复制代码

public interface Operation {
    double execute(double num1, double num2);
}

接下来，创建具体策略类来实现加法、减法和乘法运算：

java 复制代码

public class Addition implements Operation {
    @Override
    public double execute(double num1, double num2) {
        return num1 + num2;
    }
}

public class Subtraction implements Operation {
    @Override
    public double execute(double num1, double num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

public class Multiplication implements Operation {
    @Override
    public double execute(double num1, double num2) {
        return num1 * num2;
    }
}

然后，创建一个上下文类Calculator，让客户端可以使用这个类来执行不同的运算：

java 复制代码

public class Calculator {
    // 客户端可以持有一个算法
    private Operation operation;

    public void setOperation(Operation operation) {
        this.operation = operation;
    }

    public double calculate(double num1, double num2) {
        return operation.execute(num1, num2);
    }
}

现在，客户端可以使用Calculator类来执行不同的运算，例如：

java 复制代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义一个调用方
        Calculator calculator = new Calculator();

        // 计算加法
        Operation operation = new Addition();
        calculator.setOperation(operation);
        double calculate = calculator.calculate(10, 12.9);
        System.out.println("calculate = " + calculate);

        // 计算减法
        operation = new Subtraction();
        calculator.setOperation(operation);
        calculate = calculator.calculate(10, 12.9);
        System.out.println("calculate = " + calculate);
    }
}

在这个例子中，我们使用策略模式将加法、减法和乘法运算独立为不同的策略。客户端可以根据需要选择和使用不同的策略。Calculator上下文类持有一个Operation策略对象，并通过setOperation方法允许客户端设置所需的策略。这种方式使得算法的选择和执行更加灵活，易于扩展和维护。

策略模式的优点包括：

提高代码的可维护性和可扩展性。当需要添加新的算法时，我们只需要实现一个新的具体策略类，而无需修改客户端代码。
符合开闭原则。策略模式允许我们在不修改现有代码的情况下引入新的策略。
避免使用多重条件判断。使用策略模式可以消除一些复杂的条件判断语句，使代码更加清晰和易于理解。

策略模式的缺点包括：

客户端需要了解所有的策略。为了选择合适的策略，客户端需要了解不同策略之间的区别。
增加了类的数量。策略模式会导致程序中具体策略类的数量增加，这可能会导致代码的复杂性增加。

在实际开发中，我们可以根据业务需求和系统架构灵活地运用策略模式。例如，在电商系统中，我们可以使用策略模式处理不同的促销策略；在游戏系统中，我们可以使用策略模式处理不同的角色行为等。

1、策略的定义

策略类的定义比较简单，包含一个策略接口和一组实现这个接口的策略类。因为所有的策略类都实现相同的接口，所以，客户端代码基于接口而非实现编程，可以灵活地替换不同的策略。示例代码如下所示：

java 复制代码

public interface Strategy {
    void algorithmInterface();
}
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
    @Override
    public void  algorithmInterface() {
        //具体的算法...
    }
}
public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
    @Override
    public void  algorithmInterface() {
        //具体的算法...
    }
}

2、策略的创建

因为策略模式会包含一组策略 ，在使用它们的时候，一般会通过类型（type）来判断创建哪个策略来使用。为了封装创建逻辑，我们需要对客户端代码屏蔽创建细节。

事实上我们可以做一定的优化，可以把根据 type 创建策略的逻辑抽离出来，放到工厂类中。示例代码如下所示：

java 复制代码

public class StrategyFactory {
    private static final Map<String, Strategy> strategies = new HashMap<>();
    static {
        strategies.put("A", new ConcreteStrategyA());
        strategies.put("B", new ConcreteStrategyB());
    }
    public static Strategy getStrategy(String type) {
        if (type == null || type.isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("type should not be empty.");
        }
        return strategies.get(type);
    }
}

一般来讲，如果策略类是无状态的，不包含成员变量，只是纯粹的算法实现 ，这样的策略对象是可以被共享使用的，不需要在每次调用 getStrategy() 的时候，都创建一个新的策略对象。针对这种情况，我们可以使用上面这种工厂类的实现方式，事先创建好每个策略对象，缓存到工厂类中，用的时候直接返回。

相反，如果策略类是有状态的，根据业务场景的需要，我们希望每次从工厂方法中，获得的都是新创建的策略对象，而不是缓存好可共享的策略对象，那我们就需要按照如下方式来实现策略工厂类。

java 复制代码

public class StrategyFactory {
    public static Strategy getStrategy(String type) {
        if (type == null || type.isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("type should not be empty.");
        }
        if (type.equals("A")) {
            return new ConcreteStrategyA();
        } else if (type.equals("B")) {
            return new ConcreteStrategyB();
        }
        return null;
    }
}

3、策略的使用

刚刚讲了策略的定义和创建，现在，我们再来看一下，策略的使用。

我们知道，策略模式包含一组可选策略，客户端代码一般如何确定使用哪个策略呢？最常见的是运行时动态确定使用哪种策略，这也是策略模式最典型的应用场景。

这里的"运行时动态"指的是，我们事先并不知道会使用哪个策略，而是在程序运行期间，根据配置、用户输入、计算结果等这些不确定因素，动态决定使用哪种策略。接下来，我们通过一个例子来解释一下。

java 复制代码

// 策略接口：EvictionStrategy
// 策略类：LruEvictionStrategy、FifoEvictionStrategy、LfuEvictionStrategy...
// 策略工厂：EvictionStrategyFactory
public class UserCache {
    private Map<String, User> cacheData = new HashMap<>();
    private EvictionStrategy eviction;
    public UserCache(EvictionStrategy eviction) {
        this.eviction = eviction;
    }
    //...
}
// 运行时动态确定，根据配置文件的配置决定使用哪种策略
public class Application {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        EvictionStrategy evictionStrategy = null;
        Properties props = new Properties();
        props.load(new FileInputStream("./config.properties"));
        String type = props.getProperty("eviction_type");
        evictionStrategy = EvictionStrategyFactory.getEvictionStrategy(type);
        UserCache userCache = new UserCache(evictionStrategy);
        //...
    }
}
// 非运行时动态确定，在代码中指定使用哪种策略
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        //...
        EvictionStrategy evictionStrategy = new LruEvictionStrategy();
        UserCache userCache = new UserCache(evictionStrategy);
        //...
    }
}

从上面的代码中，我们也可以看出，"非运行时动态确定"，也就是第二个 Application 中的使用方式，并不能发挥策略模式的优势。在这种应用场景下，策略模式实际上退化成了"面向对象的多态特性"或"基于接口而非实现编程原则"，这其实就是开篇时列举的例子的场景。