使用 Function 来编写策略模式：优雅而高效的设计模式实践

引言：为什么选择策略模式？

策略模式（Strategy Pattern）是行为设计模式中的经典之一，它允许我们定义一系列的算法或操作，并使得它们可以互换使用。策略模式的关键思想是将算法的实现与使用它们的上下文分离，使得同一操作可以根据不同的策略来实现。

但在 Java 中，如何实现这个设计模式呢？通常我们会使用接口、抽象类和具体实现来完成，但这往往导致代码复杂、冗长。那么，如何利用 Java 8 引入的 Function 来使策略模式变得更加简洁和优雅呢？

这篇文章将展示如何通过 Function 来实现策略模式，从而使得策略模式更加灵活、简洁且易于维护。

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一、策略模式的传统实现

首先，让我们看看传统的策略模式是如何实现的。在这个例子中，我们有一个 PaymentStrategy，它有多种不同的支付方式，例如 信用卡支付 和 PayPal 支付。

1. 定义策略接口：

interface PaymentStrategy {
    void pay(double amount);
}

2. 实现具体策略：

class CreditCardPayment implements PaymentStrategy {
    private String cardNumber;
    
    public CreditCardPayment(String cardNumber) {
        this.cardNumber = cardNumber;
    }

    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("Paid " + amount + " using Credit Card: " + cardNumber);
    }
}

class PayPalPayment implements PaymentStrategy {
    private String email;
    
    public PayPalPayment(String email) {
        this.email = email;
    }

    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("Paid " + amount + " using PayPal account: " + email);
    }
}

3. 策略上下文：

class PaymentContext {
    private PaymentStrategy strategy;

    public PaymentContext(PaymentStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void executePayment(double amount) {
        strategy.pay(amount);
    }
}

4. 客户端代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PaymentStrategy creditCardPayment = new CreditCardPayment("1234-5678-9876");
        PaymentStrategy payPalPayment = new PayPalPayment("[email protected]");

        PaymentContext context = new PaymentContext(creditCardPayment);
        context.executePayment(100.00);

        context = new PaymentContext(payPalPayment);
        context.executePayment(200.00);
    }
}

通过这种方式，我们使用不同的策略来支付不同的金额。代码看起来清晰，但我们有很多重复的代码结构，如 PaymentStrategy 接口和各个策略类的实现。接下来，我们将使用 Function 来改进这一设计。

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二、使用 Function 改进策略模式

在 Java 8 引入的 Function 可以帮助我们简化这个过程。Function 是一个函数式接口，它接受一个输入并返回一个结果。在策略模式中，我们将 Function 作为策略的实现来代替原本的类结构。

1. 使用 Function 定义策略：

我们不再需要定义一个接口或多个类来实现不同的策略，而是直接使用 Function 来表示每种策略。每个 Function 接收一个 double 类型的支付金额并执行支付操作。

2. 改进的策略代码：

import java.util.function.Function;

public class PaymentStrategy {

    // 使用 Function 来表示支付策略
    public static Function<Double, Void> creditCardPayment(String cardNumber) {
        return amount -> {
            System.out.println("Paid " + amount + " using Credit Card: " + cardNumber);
            return null; // 返回类型为 Void，表示没有返回值
        };
    }

    public static Function<Double, Void> payPalPayment(String email) {
        return amount -> {
            System.out.println("Paid " + amount + " using PayPal account: " + email);
            return null;
        };
    }
}

3. 策略上下文（更简化）：

class PaymentContext {
    private Function<Double, Void> strategy;

    public PaymentContext(Function<Double, Void> strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void executePayment(double amount) {
        strategy.apply(amount);  // 使用 Function 的 apply 方法执行支付
    }
}

4. 客户端代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用 Function 传递支付策略
        Function<Double, Void> creditCardPayment = PaymentStrategy.creditCardPayment("1234-5678-9876");
        Function<Double, Void> payPalPayment = PaymentStrategy.payPalPayment("[email protected]");

        PaymentContext context = new PaymentContext(creditCardPayment);
        context.executePayment(100.00);

        context = new PaymentContext(payPalPayment);
        context.executePayment(200.00);
    }
}

三、优势分析：

1. 简洁的代码：

   • 使用 Function 来代替传统的接口和具体类，不仅减少了类的数量，而且让代码更加简洁。我们不需要为每个策略创建一个类，所有策略的实现都可以在一个地方集中定义。

2. 灵活性：

   • Function 可以非常容易地通过 Lambda 表达式来定义，也可以根据需求动态调整策略。而且，Function 是一个高度可组合的接口，可以通过链式调用来组合多个函数。

3. 代码维护：

   • 使用 Function 来表达策略使得每个策略变得更加简洁且独立，开发者可以轻松地替换策略或修改策略的行为，而无需修改复杂的类结构。

4. 与 Java 8+ 特性结合：

   • 结合 Java 8 的 Lambda 表达式、Stream API 等特性，Function 让代码更加符合现代 Java 编程风格。

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四、进一步优化：策略的复用和组合

一个重要的应用场景是我们可以通过组合多个 Function 来复用现有策略或创建新策略。例如，我们可以组合支付策略和折扣策略来构建更复杂的支付流程。

示例：组合策略

假设我们需要为支付金额应用折扣：

public class DiscountedPayment {

    public static Function<Double, Double> applyDiscount(double discountRate) {
        return amount -> amount - (amount * discountRate);
    }

    public static Function<Double, Void> creditCardPaymentWithDiscount(String cardNumber, double discountRate) {
        Function<Double, Double> discount = applyDiscount(discountRate);
        return amount -> {
            double discountedAmount = discount.apply(amount);
            System.out.println("Paid " + discountedAmount + " using Credit Card: " + cardNumber);
            return null;
        };
    }
}

我们可以将折扣策略与支付策略组合：

Function<Double, Void> creditCardPaymentWithDiscount = DiscountedPayment.creditCardPaymentWithDiscount("1234-5678-9876", 0.1);
PaymentContext context = new PaymentContext(creditCardPaymentWithDiscount);
context.executePayment(100.00);  // 输出：Paid 90.0 using Credit Card: 1234-5678-9876

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五、总结：优雅而高效的策略模式

通过 Function，我们不仅让策略模式更加简洁，而且增强了代码的灵活性和可维护性。借助 Lambda 表达式，Java 8+ 中的函数式编程特性，我们能够以一种更现代、更优雅的方式实现策略模式。

本篇要点回顾：

1. 使用 Function 替代传统的策略接口与具体实现类，简化了策略模式的实现。
2. Function 的高度灵活性和组合能力使得策略模式更加可扩展。
3. 结合 Java 8+ 的特性，策略模式变得更加优雅、高效，减少了代码冗余。

你可以尝试在自己的项目中应用这个技巧，提升代码的简洁性和可维护性。

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