一、引言
在软件开发中，随着业务需求的不断变化，我们经常面临着需要根据不同情况采取不同策略的情况。在没有引入策略模式之前，我们可能会遇到代码重复、难以扩展等问题。本文将通过分析实际业务场景，介绍策略模式的原理以及如何应用于开源框架中，达到优化代码逻辑和提升软件设计灵活性的目的。
二、问题分析：处理多种支付方式
假设我们正在开发一个电商平台，用户可以选择多种支付方式进行结算，如支付宝、微信支付、银行卡支付等。在最初的设计中，我们可能会在订单类中编写多个if-else语句来判断不同支付方式的处理逻辑，导致代码臃肿、可维护性差。
三、策略模式介绍：优化代码结构，提高可扩展性
- 原理简介：策略模式定义了一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互相替换。通过将算法与其使用者隔离开来，使得使用者不需要关心具体的算法实现细节。
- 类比说明：比如为选择不同的武器来进行作战。在不同的作战场景中，可能需要选择不同的武器来进行战斗，如步枪、手枪、狙击枪等。每种武器都有自己的特点和优缺点，适用于不同的场景。
四、策略模式结构：上下文、策略接口、具体策略类
- 上下文(Context)角色： 持有一个策略类的引用，在运行时动态切换不同的具体策略。
- 策略接口(Strategy)： 定义策略所需的方法，所有具体策略类都实现该接口。
- 具体策略类(Concrete Strategy)： 实现策略接口，封装具体的算法实现。
五、策略模式最佳实践
接下来笔者提供一个结合最佳实践的策略模式案例。在这个示例中，我们将演示一个简单的订单处理系统，根据不同类型的订单使用不同的优惠策略来计算最终价格。
步骤
- 定义策略接口 ：定义一个优惠策略接口
DiscountStrategy，包含一个计算折扣价格的方法。 - 实现具体策略类 ：实现三种具体的优惠策略类，分别是
NoDiscountStrategy、FixedDiscountStrategy和PercentageDiscountStrategy。 - 创建环境类 ：创建一个订单处理类
OrderProcessor，其中包含一个设置优惠策略的方法和计算最终价格的方法。 - 客户端调用：在主程序中根据订单类型选择不同的优惠策略，并计算最终价格。
示例代码
首先，定义会员等级枚举和折扣策略接口以及具体的折扣策略类：
java
// 会员等级枚举
enum MembershipLevel {
STANDARD, PREMIUM, VIP
}
// 折扣策略接口
interface DiscountStrategy {
double applyDiscount(double totalPrice);
}
// 具体的折扣策略类
class StandardMemberDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
@Override
public double applyDiscount(double totalPrice) {
return totalPrice * 0.9; // 标准会员打九折
}
}
class PremiumMemberDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
@Override
public double applyDiscount(double totalPrice) {
return totalPrice * 0.8; // 高级会员打八折
}
}
class VIPMemberDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
@Override
public double applyDiscount(double totalPrice) {
return totalPrice * 0.7; // VIP会员打七折
}
}然后，定义一个折扣策略工厂类 DiscountStrategyFactory，根据传入的会员等级参数返回相应的折扣策略对象：
java
// 折扣策略工厂类
class DiscountStrategyFactory {
public static DiscountStrategy createDiscountStrategy(MembershipLevel memberLevel) {
switch (memberLevel) {
case STANDARD:
return new StandardMemberDiscountStrategy();
case PREMIUM:
return new PremiumMemberDiscountStrategy();
case VIP:
return new VIPMemberDiscountStrategy();
default:
return new StandardMemberDiscountStrategy();
}
}
}最后，在业务逻辑代码中使用该工厂类来创建不同的策略对象：
java
public class BusinessLogic {
public static void main(String[] args) {
OrderProcessor orderProcessor = new OrderProcessor();
// 根据用户的会员等级选择相应的折扣策略（在真实业务场景中，会员等级通过参数传递）
MembershipLevel memberLevel = MembershipLevel.PREMIUM;
// 使用工厂创建策略对象
DiscountStrategy discountStrategy = DiscountStrategyFactory.createDiscountStrategy(memberLevel);
orderProcessor.setDiscountStrategy(discountStrategy);
// 计算订单最终价格
double totalPrice = 100.0;
double finalPrice = orderProcessor.calculateFinalPrice(totalPrice);
System.out.println("Final Price: $" + finalPrice);
}
}如果不使用策略模式，那么大概率代码逻辑是这样的：
java
public class BusinessLogicWithoutStrategyPattern {
public static void main(String[] args) {
OrderProcessor orderProcessor = new OrderProcessor();
MembershipLevel memberLevel = MembershipLevel.PREMIUM; // 假设用户是高级会员
double totalPrice = 100.0;
double finalPrice = 0.0;
if (memberLevel == MembershipLevel.STANDARD) {
finalPrice = totalPrice * 0.9; // 标准会员打九折
} else if (memberLevel == MembershipLevel.PREMIUM) {
finalPrice = totalPrice * 0.8; // 高级会员打八折
} else if (memberLevel == MembershipLevel.VIP) {
finalPrice = totalPrice * 0.7; // VIP会员打七折
} else {
finalPrice = totalPrice; // 默认不打折
}
System.out.println("Final Price: $" + finalPrice);
}
}通过对比可以看出，使用策略模式的优点有以下几点：
- 更好的可维护性：使用策略模式，将每种折扣策略封装到独立的策略类中，使得每个类都专注于单一功能，易于理解和维护。而不使用策略模式时，所有的逻辑都堆砌在一起，造成代码臃肿难以维护。
- 更好的扩展性：使用策略模式，可以轻松地新增、修改或删除具体的折扣策略，而不用修改原有的代码逻辑。这样做符合开闭原则，代码更具扩展性。
- 避免大量的条件判断：不使用策略模式时，会出现大量的条件判断语句，使得代码难以阅读和维护，并且每次新增一种折扣策略都需要修改原有的逻辑， 不符合开闭原则。而使用策略模式可以避免这种情况，提高了代码的可读性和可维护性。
尽管策略模式有许多优点，但也存在一些缺点，这些缺点可能会根据具体情况而异。以下是一些常见的策略模式的缺点：
- 类数量增加：使用策略模式会引入多个策略类，如果策略较多，可能会导致类的数量急剧增加，从而增加系统的复杂性。
- 增加了对象之间的关联：在使用策略模式时，客户端需要知道不同策略类的存在，并且需要选择合适的策略来使用，这增加了对象之间的耦合关系。
- 增加了代码复杂度：虽然策略模式提高了代码的可扩展性和灵活性，但有时也会增加代码的复杂度，特别是在管理各种具体策略类时。一定程度上增加系统的复杂性和维护成本。
六、案例分析
通过前面几章的学习，我们已经掌握了策略模式基本的原则。现在让我们一起探讨几个实际的案例分析，以便更好地理解如何将策略模式应用于实际项目中，提高代码的可维护性、可扩展性和可复用性。
Spring实例化Bean时采取的策略模式
在 Spring 框架中，InstantiationStrategy 接口定义了 Bean 的实例化策略，即如何根据 BeanDefinition 创建 Bean 实例。（BeanDefinition 是用于描述 Bean 的定义信息的对象，包括 Bean 的类名、作用域、属性值等。Spring 通过解析 BeanDefinition 中的信息来创建和管理 Bean 对象。）
SimpleInstantiationStrategy是InstantiationStrategy接口的一个实现，它使用 Java 反射机制直接实例化 Bean 对象。CglibSubclassingInstantiationStrategy是另一个实现类，它使用 CGLIB 库生成子类代理来实例化 Bean 对象，主要用于创建类的代理对象，例如用于实现 AOP 功能。
通过这两种不同的实例化策略，Spring 可以根据具体情况选择适合的策略来实例化 Bean 对象，从而实现了灵活的对象创建和管理机制。这种设计借鉴了策略模式的思想，即定义一组算法、将其封装起来，并使得这些算法可以相互替换，以实现不同的行为。
Spring访问底层资源
在 Spring 框架中，Resource 接口提供了对底层资源（如文件、URL、类路径资源等）进行访问和操作的能力。通过 Resource 接口及其实现类，Spring 能够统一地处理各种类型的资源，并提供统一的资源访问接口给开发者使用。
在 Spring 框架中，Resource 接口的不同实现类包括 FileSystemResource、ClassPathResource、UrlResource 等，它们分别用于表示文件系统中的资源、类路径中的资源和 URL 资源。这些不同的实现类可以根据具体的资源类型来进行对应的处理，实现了资源访问策略的灵活选择。
通过统一的 Resource 接口和不同的实现类，Spring 实现了对资源的抽象和封装，开发者可以通过统一的接口来访问不同类型的资源，而无需关心具体的资源类型和访问方式。这种设计也符合了策略模式的思想。
Java中的Arrays.sort方法
在Arrays.sort方法中，排序算法的选择通过传入不同的Comparator对象来实现。Comparator接口定义了比较两个对象的规则，它包含一个compare方法用于比较两个对象的大小。在Arrays.sort方法中，可以传入不同的Comparator对象来指定不同的排序规则，从而实现不同的排序策略。
例如，如果要对一个整型数组进行升序排序，可以使用Arrays.sort方法，并传入Comparator.comparingInt方法返回的Comparator对象，如下所示：
java
int[] arr = {3, 1, 2, 5, 4};
Arrays.sort(arr, Comparator.comparingInt(a -> a));这里的Comparator.comparingInt方法会返回一个Comparator对象，该对象根据元素的自然顺序进行比较。通过传入不同的Comparator对象，Arrays.sort方法可以选择不同的排序策略，例如按照字符串长度、自定义对象的某个属性等进行排序。
因此，Arrays.sort方法使用了策略模式，通过传入不同的策略对象（Comparator）来实现不同的排序算法。这种设计模式使得排序算法的选择更加灵活，同时也符合开闭原则，可以方便地扩展新的排序策略。
七、与其他模式对比
- 策略模式 vs. 工厂模式：策略模式关注行为的封装和切换，而工厂模式关注对象的创建。
- 策略模式 vs. 状态模式：策略模式将算法封装成独立的策略类，状态模式将对象的行为封装成不同的状态类，两者目的略有不同。策略的选择由Client决定；而状态的转变，由Context或状态自己。
八、总结
策略模式作为一种行为设计模式，在实际应用中具有广泛的适用场景和灵活性，同时也存在一些局限性需要注意。
应用场景和适用范围：
策略模式适合于那些需要在运行时根据不同情况选择不同算法的场景。例如，当一个类有多种行为方式，且这些行为可以相互替换时，可以考虑使用策略模式。在电商、游戏、金融等领域，策略模式常被用于处理各种复杂的业务规则和算法。
灵活性和可扩展性分析：
策略模式通过将算法封装成独立的策略类，使得客户端能够动态地选择所需的策略，从而提高了代码的灵活性和可扩展性。新增策略类不会影响原有代码，符合开闭原则，同时也降低了代码复杂度。这种灵活性和可扩展性使得策略模式在需求频繁变化或算法复杂多样的场景下表现出色。
局限性：
然而，策略模式也存在一些局限性，如可能增加对象数量，导致类爆炸问题；客户端需要了解所有具体策略类，增加了使用成本。在简单的情况下使用策略模式可能会显得过于繁琐，不利于代码的维护和理解。因此，在选择是否使用策略模式时，需要权衡其优缺点并结合具体场景做出决策。
总的来说，策略模式是一种强大的设计模式，能够有效地管理多种算法变体，提高代码的灵活性和可维护性。在合适的场景下，恰当地应用策略模式将为软件设计带来更大的便利和效益。