设计模式精讲系列：什么是策略模式？为什么需要策略模式？

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你好，我是猿java。

1. 策略模式是什么？

先让我们看看维ji百科上的定义：

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大概的意思是：

在计算机编程中，策略模式（strategy pattern）是一种行为软件设计模式，允许在运行时选择算法。代码不是直接实现单个算法，而是接收有关使用一系列算法中的哪个算法的运行时指令。

例如，对传入数据执行验证的类可能会使用策略模式来选择验证算法，具体取决于数据类型、数据源、用户选择或其他区分因素。这些因素在运行时之前是未知的，并且可能需要执行完全不同的验证。

2. 策略模式的角色

策略模式包含以下几个角色：

  1. 上下文（Context）：持有策略的引用，负责对外提供策略接口。
  2. 策略接口（Strategy）：定义了一个接口，用于所有具体策略的实现类。
  3. 具体策略（ConcreteStrategy）：实现策略接口的具体类，包含具体的算法实现。

策略模式的主要目标是将算法的实现与使用算法的代码进行分离，减少各部分之间的耦合度，可以在不影响上下文的情况下自由地修改或扩展算法。其模型图如下：

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3. Java示例

上面将理论讲述了一通，对策略模式还是似懂非懂。为了更好地理解策略模式，下面我们通过一个简单的Java示例来演示策略模式的应用：

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// 策略接口
interface PaymentStrategy {
    void pay(int amount);
}

// 具体策略类：信用卡支付
class CreditCardPayment implements PaymentStrategy {
    private String cardNumber;

    public CreditCardPayment(String cardNumber) {
        this.cardNumber = cardNumber;
    }

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

// 具体策略类：AliPal支付
class AliPalPayment implements PaymentStrategy {
    private String email;

    public AliPalPayment(String email) {
        this.email = email;
    }

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

// 上下文
class ShoppingCart {
    private PaymentStrategy paymentStrategy;

    public void setPaymentStrategy(PaymentStrategy paymentStrategy) {
        this.paymentStrategy = paymentStrategy;
    }

    public void checkout(int amount) {
        if (paymentStrategy == null) {
            System.out.println("Payment strategy not set. Cannot proceed to checkout.");
            return;
        }
        paymentStrategy.pay(amount);
    }
}

// 测试策略模式
public class StrategyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ShoppingCart cart = new ShoppingCart();

        // 使用信用卡支付
        cart.setPaymentStrategy(new CreditCardPayment("1234-5678-9101-1121"));
        cart.checkout(100);

        // 使用AliPal支付
        cart.setPaymentStrategy(new AliPalPayment("user@alipay.com"));
        cart.checkout(200);
    }
}

代码解析

在这个示例中，我们有一个支付策略的接口 PaymentStrategy，它定义了 pay(int amount) 方法。我们还有两个具体策略类：CreditCardPayment 和 AliPalPayment，分别实现了不同的支付方式。

ShoppingCart 类是上下文类，用于设置不同的支付策略并进行结账。我们可以轻松地在运行时改变支付策略，而不需要修改 ShoppingCart 的实现。

看完上面的示例，是不是觉得策略模式和多态有点类似，对于一种抽象的方式（接口）可以按照不同的方式（子类）去实现。不过两者还是有差异：

  • 策略模式：策略模式是一种行为设计模式，它定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使得它们可以互换。策略模式允许客户端在运行时选择具体的算法，而不需要修改相应的代码。
  • 多态：多态是指对象可以通过同一接口对不同类型的行为进行调用。多态通常通过基类的引用调用子类的方法来实现，可以在运行时动态地选择执行的对象类型。比如下面的示例图：
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4. 优缺点

4.1 优点

  1. 开放/闭合原则：可以在不修改现有代码的情况下添加新策略。
  2. 提高灵活性：可以在运行时选择和切换策略。
  3. 减少代码重复：不同策略中相似的代码可以被上下文管理。

4.2 缺点

  1. 有很多策略类会增加系统复杂度：每增加一种策略都需要对应的类。
  2. 客户端需要知道不同策略的具体实现才能选择：这可能导致需要在客户端中进行大量的条件判断。
  3. 策略管理可能变得复杂：一旦有很多策略，如何选择和使用这些策略可能会增加复杂性。

5. 使用的框架

策略模式本身并不是 Java框架的一部分，但在一些流行的框架中可以看到其应用，例如：

  1. Spring：Spring框架中可以使用策略模式来实现不同的策略，比如事务管理、缓存策略等。
  2. Apache Commons Collections：提供了多种集合操作的策略实现。
  3. Java标准库：例如在 java.util.Comparator 接口中，提供了排序时不同的比较策略。

6. 实际应用场景

策略模式广泛应用于许多场景中，一些典型的应用场景包括：

  1. 支付处理：不同的支付方式（如信用卡、AliPal、网银等）。
  2. 排序算法：动态选择不同的排序算法。
  3. 折扣计算：根据不同的促销策略计算购物车中的折扣。
  4. 文件处理：不同的文件压缩或文件处理策略。

7. 总结

本文，我们分析了策略模式，它通过将算法与使用算法的代码分离，提供了一种灵活且可扩展的方式来管理算法。尽管在某些情况下会增加系统的复杂度，但它的优点通常能够抵消这些缺点，使得这种模式在许多实际应用中非常有价值。对于想要设计可扩展性和灵活性的系统，策略模式是一个非常有效的设计方案。

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