设计模式：详细拆解策略模式

糖拌西红柿多放醋2024-08-03 9:13

策略模式

既然是详解，就不以案例开头了，直奔主题，先来看看什么是策略模式。

模式定义

定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可相互替换。本模式 使得算法可独立于使用它的客户而变化。

结构

Strategy（策略接口）：

  • 用来约束一系列具体的策略算法。
  • 定义了算法的公共接口，使得算法可以互换使用。

ConcreteStrategy（具体策略实现）：

  • 具体的算法实现，继承自策略接口。
  • 每个具体策略类实现了策略接口中定义的算法

Context（上下文）：

  • 负责和具体的策略类交互。
  • 通常上下文会持有一个真正的策略实现。
  • 上下文可以让具体的策略类来获取上下文的数据。
  • 甚至可以让具体的策略类来回调上下文的方法。

样例代码：

java 复制代码 
// 策略接口
interface Strategy {
    void algorithmInterface();
}

// 具体策略A
class ConcreteStrategyA implements Strategy {
    @Override
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("执行策略A的算法实现");
    }
}

// 具体策略B
class ConcreteStrategyB implements Strategy {
    @Override
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("执行策略B的算法实现");
    }
}

// 具体策略C
class ConcreteStrategyC implements Strategy {
    @Override
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("执行策略C的算法实现");
    }
}

// 上下文类
class Context {
    private Strategy strategy;

    public Context(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void contextInterface() {
        strategy.algorithmInterface();
    }
}

// 客户端代码
public class StrategyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context(new ConcreteStrategyA());
        context.contextInterface();

        context.setStrategy(new ConcreteStrategyB());
        context.contextInterface();

        context.setStrategy(new ConcreteStrategyC());
        context.contextInterface();
    }
}

策略模式实现案例

我们以CRM中的报价场景为例，来看一下策略模式的使用，简化一下场景，会有如下的报价方案：

  • 对普通客户或者是新客户报全价：
  • 对老客户报的价格，统一折扣5%；
  • 对大客户报的价格，统一折扣10%。

根据策略模式的思路，我们大致要做如下内容：

  1. 首先需要定义出算法的接口。
  2. 然后把各种报价的计算方式单独出来，形成算法类。
  3. 对于Price类，把它当做上下文，在计算报价的时候，不再需要判断，直接使 用持有的具体算法进行运算即可。具体选择使用哪一个算法的功能挪出去，放到外部使 用的客户端去。

策略模式形成的类图如下：

基于SpringBoot的项目实现

java 复制代码 
// 策略接口
public interface Strategy {
    double calcPrice(double goodsPrice);
}

// 普通客户策略
@Commpont
public class NormalCustomerStrategy implements Strategy {
    @Override
    public double calcPrice(double goodsPrice) {
        // 普通客户不打折
        return goodsPrice;
    }
}

// 老客户策略
@Commpont
public class OldCustomerStrategy implements Strategy {
    @Override
    public double calcPrice(double goodsPrice) {
        // 老客户享受5%的折扣
        return goodsPrice * 0.95;
    }
}

// 大客户策略
@Commpont
public class LargeCustomerStrategy implements Strategy {
    @Override
    public double calcPrice(double goodsPrice) {
        // 大客户享受10%的折扣
        return goodsPrice * 0.90;
    }
}

// 报价上下文类
public class Price {
    private Strategy strategy;

    // 构造函数，初始化策略
    public Price(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    // 设置策略
    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    // 计算并返回报价
    public double quote(double goodsPrice) {
        return strategy.calcPrice(goodsPrice);
    }
}




public enum ClientType{

  //正常客户
  normal,

  //老客户
  old,

  //大客户
  large;

}



@Service
public class ClientServiceImpl implement ClientService{

@Autowired
private ApplicationContext context;

//......


public ResData createQutePrice(String clientId){
    ResData result = new ResData();
    Client client = ClientMapper.findById(clientId);
    //......客户其他认证逻辑
    Double nowPrice = XXMapper.queryNowPrice();
    result.setPrice(getPriceUtil(client.getClientType()).qute(nowPrice ));
    return result;
}



private Price getPriceUtil(ClientType type){
  Strategy strategy = null; 
  switch(type){
     case old:
          strategy = (Strategy)context.getBean(OldCustomerStrategy.class);
          break;
     case large:
          strategy = (Strategy)context.getBean(LargeCustomerStrategy.class);
          break;
     default:
          strategy = (Strategy)context.getBean(NormalCustomerStrategy.class);
          break;
   }
   Price price = new Price(strategy);
   return price;
}


}

使用该写法，虽然相比if-else来讲要更为麻烦，但是随着报价场景的增加，我们仅仅通过新增实现类和调整getPriceUtil方法即可完成扩展。

策略模式详解

策略模式的本质

策略模式的本质是：

分离算法，选择实现

策略模式的功能是把具体的算法实现从具体的业务处理中独立出来，把它们实现成 为单独的算法类，从而形成一系列的算法，并让这些算法可以相互替换。 策略模式的重心不是如何来实现算法，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。

策略模式一个很大的特点就是各个策略算法的平等性。对于一系列具体的策略算法， 大家的地位是完全一样的，正是因为这个平等性，才能实现算法之间可以相互替换。 所有的策略算法在实现上也是相互独立的，相互之间是没有依赖的。 所以可以这样描述这一系列策略算法：策略算法是相同行为的不同实现。

从设计原则角度

  • 策略模式很好地体现了开一闭原则。策略模式通过把一系列可变的算法进行封装，并定义出合理的使用结构，使得在系统出现新算法的时候，能够很容易地把新的算法加入到已有的系统中，而已有的实现不需要做任何修改。这在前面的示例中已经体现出来了，好好体会一下。
  • 策略模式还很好地体现了里氏替换原则。策略模式是一个扁平结构，一系列的实现算法其实是兄弟关系，都是实现同一个接口或者继承的同一个父类。这样只要使用策略的客户保持面向抽象类型编程，就能够使用不同策略的具体实现对象来配置它，从而实现一系列算法可以相互替换。

策略模式与If-else

看了前面的示例，很多朋友会发现，每个策略算法具体实现的功能，就是原来在f-else 结构中的具体实现。 没错，其实多个if-elseif语句表达的就是一个平等的功能结构，你要么执行if，要么 执行else，或者是elseif，这个时候，if块中的实现和else块中的实现从运行地位上来讲是平等的。 而策略模式就是把各个平等的具体实现封装到单独的策略实现类了，然后通过上下 文来与具体的策略类进行交互。所以其实很多地方都在讲策略模式能消除遍地if-else是不准确的，if-else并没有消失，只是代码形式改变了，但是使用策略模式替换if-else的优势是不可否认的，将原本if-else内的逻辑抽离出来，可以达到修改具体内容而不破坏外层框架的目的。因此多个f-else语句可以考虑使用策略模式。

Strategy的扩展

在前面的示例中，Strategy都是使用接口来定义的，这也是常见的实现方式。但是如 果多个算法具有公共功能的话，可以把Strategy实现成为抽象类，然后把多个算法的公 共功能实现到Strategy中。

java 复制代码 
// 抽象策略类，包含公共功能
public abstract class Strategy {
    // 公共方法，所有策略类都会用到
    public void commonMethod() {
        System.out.println("这是一个公共方法");
    }

    // 抽象方法，具体的策略算法实现
    public abstract void algorithmInterface();
}

// 具体策略A
public class ConcreteStrategyA extends Strategy {
    @Override
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("执行策略A的算法实现");
    }
}

// 具体策略B
public class ConcreteStrategyB extends Strategy {
    @Override
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("执行策略B的算法实现");
    }
}

// 具体策略C
public class ConcreteStrategyC extends Strategy {
    @Override
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("执行策略C的算法实现");
    }
}

Context与Strategy的关系

在策略模式中，通常是上下文（Context）使用具体的策略实现对象。反过来，策略实现对象也 可以从上下文获取所需要的数据。因此可以将上下文当作参数传递给策略实现对象，这 种情况下上下文和策略实现对象是紧密耦合的。 在这种情况下，上下文封装看具体策略对象进行算法运算所需要的数据，具体策略 对象通过回调上下文的方法来获取这些数据。 甚至在某些情况下，策略实现对象还可以回调上下文的方法来实现一定的功能，这种使用场景下，上下文变相充当了多个策略算法实现的公共接口。在上下文定义的方法 可以当作是所有或者是部分策略算法使用的公共功能。

但是需要注意，由于所有的策略实现对象都实现同一个策略接口，传入同一个上 下文，可能会造成传入的上下文数据的浪费，因为有的算法会使用这些数据， 而有的算法不会使用，但是上下文和策略对象之间交互的开销是存在的。

以一个公司结算的场景案例来说：

很多企业的工资支付方式是很灵活的，可支付方式是比较多的，比如，人民币现金支付、美元现金支付、银行转账到工资账户、银行转账到工资卡；一些创业型的企业为了留住骨干员工，还可能有工资转股权等方式。总之一句话，工资支付方式很多。

随着公司的发展，会不断有新的工资支付方式出现，这就要求能方便地扩展；另外工资支付方式不是固定的，是由公司和员工协商确定的，也就是说可能不同的员工采用的是不同的支付方式，甚至同一个员工，不同时间采用的支付方式也可能会不同，这就要求能很方便地切换具体的支付方式。

要实现这样的功能，显然策略模式是一个很好的选择。在实现这个功能的时候，不同的策略算法需要的数据是不一样，比如，现金支付就不需要银行账号，而银行转账就需要账号。

这就导致在设计策略接口中的方法时，不太好确定参数的个数，而且，就算现在把所有的参数都列上了，扩展性难以保障，加入一个新策略，就需要修改接口。我们根据上面对于Context与Strategy的关系分析，基于将上下文当作参数传递给策略对象 的方式以策略模式实现上述需求**。**

先定义工资支付的策略接口，也就是定义一个支付工资的方法：

java 复制代码 
/**
 * 支付工资的策略接口，公司有多种支付工资的算法
 * 比如，现金、银行卡、现金加股票、现金加期权、美元支付等
 */
public interface PaymentStrategy {
    /**
     * 公司给某人真正支付工资
     * @param ctx 支付工资的上下文，里面包含算法需要的数据
     */
    public void pay(PaymentContext ctx);
}

这里先简单实现人民币现金支付和美元现金支付方式，当然并不是真地去实现跟银行的交互，只是示意一下：

java 复制代码 
/**
 * 人民币现金支付
 */
public class RMBCash implements PaymentStrategy {
    public void pay(PaymentContext ctx) {
        System.out.println("现在给" + ctx.getUserName() 
                           + "人民币现金支付" + ctx.getMoney() + "元");
    }
}

/**
 * 美元现金支付
 */
public class DollarCash implements PaymentStrategy {
    public void pay(PaymentContext ctx) {
        System.out.println("现在给" + ctx.getUserName() 
                           + "美元现金支付" + ctx.getMoney() + "元");
    }
}

下面是上下文的实现以及使用：

java 复制代码 
/**
 * 支付工资的上下文，每个人的工资不同，支付方式也不同
 */
public class PaymentContext {
    /**
     * 应被支付工资的人员，简单点，用姓名来代替
     */
    private String userName = null;
    /**
     * 应被支付的工资金额
     */
    private double money = 0.0;
    /**
     * 支付工资的方式的策略接口
     */
    private PaymentStrategy strategy = null;

    // 构造方法，传入被支付工资的人员，应支付的金额和具体的支付策略
    // @param userName 被支付工资的人员
    // @param money 应支付的金额
    // @param strategy 具体的支付策略
    public PaymentContext(String userName, double money, PaymentStrategy strategy) {
        this.userName = userName;
        this.money = money;
        this.strategy = strategy;
    }

    // 只有getter方法，让策略算法在实现的时候，根据需要来获取上下文中的数据
    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public double getMoney() {
        return money;
    }

    /**
     * 立即支付工资
     */
    public void payNow() {
        // 使用客户希望的支付策略来支付工资
        this.strategy.pay(this);
    }
}


public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建相应的支付策略
        PaymentStrategy strategyRMB = new RMBCash();
        PaymentStrategy strategyDollar = new DollarCash();

        // 准备小李的支付工资上下文
        PaymentContext ctx1 = new PaymentContext("小李", 5000, strategyRMB);
        // 向小李支付工资
        ctx1.payNow();

        // 切换一个人，给Petter支付工资
        PaymentContext ctx2 = new PaymentContext("Petter", 8000, strategyDollar);
        ctx2.payNow();
    }
}

基本的策略模式框架已经搭建完成，如果接下来需要增加一种支付方式，要求能支付到银行，基于以上代码，扩展方式有两种。

扩展方式一：通过扩展上下文对象（Context）来准备新的算法需要的数据

java 复制代码 
/**
 * 扩展的支付上下文对象
 */
public class PaymentContext2 extends PaymentContext {
    /**
     * 银行账号
     */
    private String account = null;

    /**
     * 构造方法，传入被支付工资的人员，应支付的金额和具体的支付策略
     * @param userName 被支付工资的人员
     * @param money 应支付的金额
     * @param account 支付到的银行账号
     * @param strategy 具体的支付策略
     */
    public PaymentContext2(String userName, double money, String account, PaymentStrategy strategy) {
        super(userName, money, strategy);
        this.account = account;
    }

    public String getAccount() {
        return account;
    }
}

/**
 * 算法策略的实现
 * 支付到银行卡
 */
public class Card implements PaymentStrategy {
    public void pay(PaymentContext ctx) {
        // 这个新的算法自己知道要使用扩展的支付上下文，所以强制造型一下
        PaymentContext2 ctx2 = (PaymentContext2) ctx;
        System.out.println("现在给" + ctx2.getUserName() + "的"
                           + ctx2.getAccount() + "账号支付了" + ctx2.getMoney() + "元");
        // 连接银行，进行转账，就不去管了
    }
}


public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建相应的支付策略
        PaymentStrategy strategyRMB = new RMBCash();
        PaymentStrategy strategyDollar = new DollarCash();
        // 准备小李的支付工资上下文
        PaymentContext ctx1 = new PaymentContext("小李", 5000, strategyRMB);
        // 向小李支付工资
        ctx1.payNow();
        // 切换一个人，给Petter支付工资
        PaymentContext ctx2 = new PaymentContext("Petter", 8000, strategyDollar);
        ctx2.payNow();
        // 测试新添加的支付方式
        PaymentStrategy strategyCard = new Card();
        PaymentContext2 ctx3 = new PaymentContext2("小王", 9000, "010998877656", strategyCard);
        ctx3.payNow();
    }
}

通过代码实现，可以看出，这种扩展方式是新增加一种支付到银行卡的策略实现，然后通过继承来扩展支付上下文，其中添加新的支付方式需要的新数据，比如银行卡账户，并在客户端使便用新的上下文和新的策略实现就可以了，这样已有的实现都不需要改变，完全遵循开一闭原则。

扩展方式二：通过策略的构造方法传入新算法所需数据

java 复制代码 
/**
 * 支付到银行卡
 */
public class Card2 implements PaymentStrategy {
    // 账号信息
    private String account = "";

    /**
     * 构造方法，传入账号信息
     * @param account 账号信息
     */
    public Card2(String account) {
        this.account = account;
    }

    public void pay(PaymentContext ctx) {
        System.out.println("现在给" + ctx.getUserName() + "的"
                           + this.account + "账号支付了" + ctx.getMoney() + "元");
        // 连接银行，进行转账，就不去管了
    }
}

// 直接在客户端测试就可以了。示例代码如下：
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试新添加的支付方式
        PaymentStrategy strategyCard2 = new Card2("010998877656");
        PaymentContext ctx4 = new PaymentContext("小", 9000, strategyCard2);
        ctx4.payNow();
    }
}

  • 对于扩展上下文的方式：

    • 优点：所有策略的实现风格更统一，策略需要的数据都统一从上下文来获取，这样在使用方法上也很统一；在上下文中添加新的数据，别的相应算法也可以用得上，可以视为公共的数据。
    • 缺点：如果这些数据只有一个特定的算法来使用，那么这些数据有些浪费；每次添加新的算法都去扩展上下文，容易形成复杂的上下文对象层次，也未见得有必要。

  • 对于在策略算法的实现上添加自己需要的数据的方式：

    • 优点：实现起来简单，容易理解。
    • 缺点：实现风格与其他策略不一致，其他策略都是从上下文中来获取数据，而这个策略的实现一部分数据来自上下文，一部分数据来自自己，有些不统一；外部使用这些策略算法的时候也不一，难于以一个统一的方式来动态切换策略算法。

适用策略模式的场景

  1. 当出现有许多相关的类，仅仅是行为有差别的情况下，可以使用策略模式来使用多个行为中的一个来配置一个类的方法，实现算法动态切换。

  2. 当出现同一个算法，有很多不同实现的情况下，可以使用策略模式来把这些"不同的实现"实现成为一个算法的类层次。

  3. 当需要封装算法中，有与算法相关数据的情况下，可以使用策略模式来避免暴露这些跟算法相关的数据结构。

  4. 当出现抽象一个定义了很多行为的类，并且是通过多个f-else语句来选择这些行为的情况下，可以使用策略模式来代替这些条件语句。

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