在软件工程中，设计模式是解决问题时重复出现的解决方案的模板。它们帮助开发者在设计应用时采用最佳实践，从而提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。策略模式（Strategy Pattern）作为行为型设计模式之一，在处理多种算法或行为时，提供了一种灵活的方式来选择和切换这些算法或行为。本文将深入解析策略模式的结构、原理、优点、应用场景，并通过一个详尽的Java代码示例来展示其实际应用。
一、策略模式的定义与结构
1、定义：
策略模式定义了一系列算法，并将它们封装起来，使它们可以互相替换。此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。
2、结构：
策略模式主要由三个角色组成：
1）策略接口（Strategy）
这是一个公共接口，用于定义所有支持的算法的公共接口。策略接口通常包含一个或多个方法，这些方法在所有的具体策略类中都有具体的实现。
2）具体策略类（Concrete Strategy）
这些类实现了策略接口，封装了具体的算法或行为。每个具体策略类都实现了策略接口中定义的方法，提供了算法的具体实现。
3）上下文类（Context）
上下文类用于维护对策略对象的引用，并定义了客户将使用的接口。上下文类接受客户的请求，然后委托给所选择的策略对象来执行算法。
二、策略模式的原理
策略模式的核心原理在于将算法的定义与算法的使用分离。这种分离使得算法可以独立于使用它们的客户而变化。当新的算法被添加到系统中时，不需要修改使用算法的代码，只需要添加一个新的具体策略类，并在上下文中选择使用这个新的策略即可。
策略模式通过组合的方式（将策略对象作为上下文类的成员变量）来实现算法的选择和切换。这种方式比继承更加灵活，因为继承是静态的，而组合是动态的。在运行时，可以根据需要动态地改变上下文类中所使用的策略对象，从而实现算法的动态切换。
三、策略模式的优点
1、算法独立
策略模式将算法的定义与算法的使用分离，使得算法的变化不会影响到使用算法的客户。
2、符合开闭原则
策略模式允许在不修改原有代码的情况下，通过添加新的具体策略类来扩展系统的功能，符合开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。
3、避免多重条件语句
在不使用策略模式的情况下，我们可能会使用多重条件语句（如if-else或switch-case）来选择不同的算法。这种方式不仅使得代码难以维护，而且当算法数量增加时，代码会变得更加复杂。策略模式通过将算法封装在独立的类中，避免了使用多重条件语句。
4、提高算法的保密性和安全性
策略模式将算法封装在独立的类中，提高了算法的保密性和安全性。客户不需要知道算法的具体实现细节，只需要知道如何使用这些算法即可。
5、算法重用
通过继承可以把算法族的公共代码转移到父类里面，避免代码重复。同时，不同的策略类之间也可以相互重用代码。
6、灵活选择算法
客户可以根据不同时间或空间要求选择不同的算法实现。例如，在排序算法中，可以根据数据的规模、数据的初始状态等因素选择合适的排序算法。
四、策略模式的应用场景
策略模式适用于以下场景：
1、算法很多，且这些算法实现同一功能
例如，在电商平台上，有多种促销策略（如满减、打折、返现等），这些策略都实现了促销的功能，但具体的实现方式不同。
2、在运行时根据不同的条件动态选择算法
例如，在游戏开发中，根据不同的游戏状态（如玩家等级、游戏难度等）选择不同的游戏策略。
3、算法需要隐藏
当算法的实现细节对客户是隐藏的，客户只需要知道算法的使用方式时，可以使用策略模式。
4、算法有公共的接口
所有的算法都实现同一个接口，使得算法之间可以相互替换。
5、需要频繁地更换算法
如果系统中需要频繁地更换算法，而算法的变化又比较频繁时，可以使用策略模式来降低算法变化对系统的影响。
五、代码示例-Java
以下是一个详细的Java代码示例，展示了策略模式在电商促销策略中的应用。
java
// 策略接口
public interface PromotionStrategy {
double calculateDiscount(double originalPrice);
}
// 具体策略A：满减策略
public class FullDiscountStrategy implements PromotionStrategy {
private double threshold; // 满减门槛
private double discount; // 减免金额
public FullDiscountStrategy(double threshold, double discount) {
this.threshold = threshold;
this.discount = discount;
}
@Override
public double calculateDiscount(double originalPrice) {
if (originalPrice >= threshold) {
return discount;
}
return 0;
}
}
// 具体策略B：打折策略
public class DiscountRateStrategy implements PromotionStrategy {
private double discountRate; // 折扣率
public DiscountRateStrategy(double discountRate) {
this.discountRate = discountRate;
}
@Override
public double calculateDiscount(double originalPrice) {
return originalPrice * discountRate;
}
}
// 上下文类
public class PromotionContext {
private PromotionStrategy strategy;
public PromotionContext(PromotionStrategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public double applyPromotion(double originalPrice) {
double discount = strategy.calculateDiscount(originalPrice);
return originalPrice - discount;
}
// 允许在运行时更换策略
public void setStrategy(PromotionStrategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
}
// 客户端代码
public class StrategyPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
// 使用满减策略
PromotionContext context = new PromotionContext(new FullDiscountStrategy(100, 20));
System.out.println("原价120元，满100减20后价格为：" + context.applyPromotion(120));
// 切换为打折策略
context.setStrategy(new DiscountRateStrategy(0.8)); // 8折优惠
System.out.println("原价120元，打8折后价格为：" + context.applyPromotion(120));
}
}在这个示例中，我们定义了一个PromotionStrategy接口，用于定义促销策略的公共接口。然后，我们实现了两个具体的促销策略类：FullDiscountStrategy（满减策略）和DiscountRateStrategy（打折策略）。PromotionContext类作为上下文类，维护了对策略对象的引用，并提供了applyPromotion方法来应用促销策略。在客户端代码中，我们创建了PromotionContext对象，并通过设置不同的策略对象来演示了促销策略的动态切换。
六、策略模式的扩展与改进
虽然策略模式在解决算法或行为变化时非常有效，但在实际应用中，我们可能会遇到一些需要扩展或改进的情况。以下是一些可能的扩展和改进方向：
1、策略枚举
在某些情况下，策略的数量是有限的，并且策略的选择是预定义的。此时，我们可以使用枚举来实现策略模式，将策略类与枚举值关联起来。这种方式可以简化策略的选择过程，并减少类的数量。
2、策略工厂
当策略对象的创建过程比较复杂时，我们可以使用工厂模式来封装策略对象的创建逻辑。策略工厂可以根据不同的条件或参数来创建并返回相应的策略对象。
3、策略链
在某些情况下，我们需要按照特定的顺序来执行多个策略。此时，我们可以使用策略链模式来组织这些策略。策略链模式将多个策略对象串联起来，形成一个链状结构。在执行时，请求会沿着链传递，直到被某个策略对象处理或链结束。
4、策略缓存
如果策略对象的创建和初始化过程比较耗时，我们可以考虑使用缓存来存储已经创建的策略对象。当需要相同的策略对象时，可以直接从缓存中获取，而无需重新创建。
5、策略组合
在某些复杂的场景下，单个策略可能无法满足需求，我们需要将多个策略组合起来使用。此时，我们可以定义一个新的策略类，该类内部包含了多个策略对象，并在执行时按照特定的顺序或逻辑来调用这些策略对象。
七、策略模式与其他模式的比较
策略模式与其他设计模式之间存在一些相似之处和区别。以下是一些常见的比较：
1、策略模式与状态模式
状态模式和策略模式都用于在运行时根据条件改变对象的行为。但是，它们的应用场景和目的不同。状态模式用于对象内部状态改变时改变其行为，而策略模式用于在多个算法中选择一个来执行。
2、策略模式与模板方法模式
模板方法模式定义了算法的骨架，并允许子类为一个或多个步骤提供具体实现。策略模式则定义了一系列算法，并将它们封装起来，以便在运行时进行选择。模板方法模式侧重于算法的整体结构，而策略模式侧重于算法的具体实现。
3、策略模式与适配器模式
适配器模式用于解决接口不兼容的问题，它允许两个不兼容的接口协同工作。策略模式则用于定义一系列算法，并将它们封装起来以便互相替换。虽然两者都涉及到接口和类的组合使用，但它们的目的和应用场景不同。
八、总结
策略模式是一种行为型设计模式，通过定义算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。它包含策略接口、具体策略类和上下文类。策略模式的核心在于算法定义与使用的分离，提高了代码的灵活性、可维护性和可扩展性。适用于算法多、需动态选择、需隐藏算法细节等场景。Java示例展示了电商促销策略的应用，通过策略接口和具体策略类实现不同促销算法，上下文类维护策略对象并应用算法。