设计模式之策略模式

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一、策略模式的定义

策略模式（Strategy Pattern）是一种行为型设计模式，它定义了一系列算法，将每个算法封装起来，使它们可以互相替换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户端，从而实现算法的灵活切换。

正如所述："策略模式是指有一定行动内容的相对稳定的策略名称。"在软件开发中，它通过"将算法的实现与算法的使用分离"，使算法可以独立于使用它的客户端而变化。

二、策略模式的核心组成

策略模式包含三个核心角色：

抽象策略角色（Strategy）：
- 由一个接口或者抽象类实现
- 定义所有支持的算法的公共接口
具体策略角色（ConcreteStrategy）：
- 包装了相关的算法和行为
- 实现抽象策略接口，提供具体的算法实现
环境角色（Context）：
- 持有一个策略类的引用
- 负责与客户端交互，将具体的算法执行委托给策略对象

三、策略模式的工作原理

策略模式的核心思想是将算法的定义与使用分离，通过面向接口编程，使客户端可以在运行时根据需要选择不同的算法。

具体工作流程：

定义抽象策略接口，声明所有具体策略都需要实现的方法
实现多个具体策略类，每个类对应一种具体的算法
环境类中维护一个抽象策略的引用，提供方法用于设置具体策略
客户端创建具体策略对象，通过环境类的方法设置策略
环境类在需要时调用策略对象的方法，执行具体算法

四、策略模式的优点

避免使用多重条件语句：用多态替代if-else或switch-case，使代码更清晰
遵循开闭原则：新增策略只需实现接口，无需修改原有代码
提高代码复用性：每个策略都是独立的类，便于复用和测试
动态切换算法：可以在运行时根据需要切换不同的策略
算法的独立性：算法可以独立于客户端变化而变化，提供算法的可扩展性

五、策略模式的缺点

客户端必须知道所有策略：客户端需要知道所有的策略，并且自行决定使用哪一个策略
增加对象数量：每一个具体策略都是一个类，会增加类的数量
策略类增多：如果策略种类太多，会导致类数量过多，增加维护难度

六、策略模式的应用场景

需要使用多个变体的算法：系统需要在运行时动态地选择算法的场景
算法的使用频繁变化：需要频繁更改或扩展算法的场景
消除条件语句：需要用策略模式来替代复杂的条件分支语句的场景
多类只区别在表现行为不同：多个类只区别在表现行为不同，可以使用Strategy模式

七、策略模式的典型应用场景

支付方式选择：支付宝、微信、银联等不同支付策略
排序算法：冒泡排序、快速排序、归并排序等可互换
导航算法：步行导航、驾车导航、公共交通导航等
折扣计算：普通折扣、会员折扣、满减折扣等
邮件发送策略：SMTP、IMAP、POP3等不同邮件发送方式

八、策略模式的Java实现示例

java 复制代码

// 1. 抽象策略接口：定义计算操作
interface CalculationStrategy {
    int execute(int a, int b);
}

// 2. 具体策略：加法
class AdditionStrategy implements CalculationStrategy {
    @Override
    public int execute(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

// 3. 具体策略：减法
class SubtractionStrategy implements CalculationStrategy {
    @Override
    public int execute(int a, int b) {
        return a - b;
    }
}

// 4. 具体策略：乘法
class MultiplicationStrategy implements CalculationStrategy {
    @Override
    public int execute(int a, int b) {
        return a * b;
    }
}

// 5. 环境类：计算器
class Calculator {
    private CalculationStrategy strategy;
    
    public void setStrategy(CalculationStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    
    public int calculate(int a, int b) {
        if (strategy == null) {
            throw new IllegalStateException("策略未设置");
        }
        return strategy.execute(a, b);
    }
}

// 6. 客户端使用
public class StrategyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator calculator = new Calculator();
        
        // 使用加法策略
        calculator.setStrategy(new AdditionStrategy());
        System.out.println("10 + 5 = " + calculator.calculate(10, 5));
        
        // 使用减法策略
        calculator.setStrategy(new SubtractionStrategy());
        System.out.println("10 - 5 = " + calculator.calculate(10, 5));
        
        // 使用乘法策略
        calculator.setStrategy(new MultiplicationStrategy());
        System.out.println("10 * 5 = " + calculator.calculate(10, 5));
    }
}

九、策略模式的优化：策略工厂

当策略类较多时，可以使用策略工厂来简化客户端的使用：

java 复制代码

// 策略工厂类
public class StrategyFactory {
    private static final Map<String, CalculationStrategy> strategies = new HashMap<>();
    
    static {
        strategies.put("add", new AdditionStrategy());
        strategies.put("subtract", new SubtractionStrategy());
        strategies.put("multiply", new MultiplicationStrategy());
    }
    
    public static CalculationStrategy getStrategy(String type) {
        if (type == null || type.isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("type should not be empty");
        }
        return strategies.get(type);
    }
}

十、总结

策略模式是软件设计中非常实用的设计模式，它通过将算法封装为独立的类，使系统更加灵活、可扩展。它解决了"多重条件语句"的代码坏味道，使代码更加清晰易读。
正如所述："策略模式作为一种软件设计模式，指对象有某个行为，但是在不同的场景中，该行为有不同的实现算法。"通过策略模式，我们可以在不修改客户端代码的情况下，动态地选择和切换算法，使系统更加符合开闭原则。
在实际开发中，策略模式是处理"算法族"问题的首选模式，尤其适用于需要在运行时动态选择算法的场景。