Java 设计模式之策略模式

一、了解策略模式

1.1 什么是策略模式

策略模式 (Strategy Pattern) 是指对一系列的算法定义，并将每一个算法封装起来，而且使它们还可以相互替换。此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

1.2 策略模式组成结构

• 环境 (Context)：持有一个策略类的引用，最终给客户端调用。
• 抽象策略 (Strategy)： 策略类，通常是一个接口或者抽象类。
• 具体策略 (ConcreteStrategy)：实现了策略类中的策略方法，封装相关的算法和行为。

1.3 策略模式 UML 图解

1.4 策略模式应用场景

• 多个类只区别在表现行为不同，可以使用 Strategy 模式，在运行时动态选择具体要执行的行为。
• 需要在不同情况下使用不同的策略 (算法)，或者策略还可能在未来用其它方式来实现。
• 对客户隐藏具体策略 (算法) 的实现细节，彼此完全独立。

二、策略模式具体应用

2.1 问题描述

模拟鸭子游戏：游戏中会出现各种鸭子，一边游泳戏水、一边呱呱叫，为了提高游戏的乐趣，加入了让鸭子飞的功能。但是考虑到并不是所有的鸭子都会飞，比如像小孩子游泳时玩的橡皮鸭。现在让你利用 OO 技术，设计鸭子相关的类。

2.2 使用继承

我们可能想到使用继承，在超类 Duck 中定义鸭子的相关方法，并实现其对应的动作，这样就能让所有鸭子都可以对应其 fly() 的动作。在定义橡皮鸭时，只需要覆盖其父类 (Duck) 中的 fly() 方法即可。

如果我们还想加入诱饵鸭，这种鸭子既不会叫，也不会飞，那么我们就要继承 Duck 类，重写其中的 quack() 、display() 和 fly() 方法。

这种通过继承的方法是可以解决问题，但是有很多的局限

• 代码在多个子类中重复。
• 运行时的行为不容易改变。
• 很难知道鸭子的全部行为。
• 改变会牵一发动全身，造成其他鸭子不想要的改变。

2.3 使用接口

认识到上面继承的不足，我们可能想到了另一种方式去解决这种问题，通过接口的方式去实现某些动作。把 fly() 和 quack() 方法从 Duck 类中抽取抽取出来，分别放在 Flyable 和 Quackable 接口中。

通过接口的方式是可以完成任务，但是这也确实是一个很笨的方式。因为对于很多种鸭子来说，它们大部分都会飞与呱呱叫，但是我们在定义它们类的时候都要去实现 Flyable 和 Quackable 接口，这样一来重复的代码更多了。

2.4 问题归零

到这里我们知道使用继承并不能很好的解决问题，因为鸭子的行为在子类中是不断变化的，并且让所有的鸭子都具有这些行为是不恰当的，比如橡皮鸭不具有飞的行为。通过接口的方式似乎还不错，但是 Java 接口并不具备实现代码，所以继承接口并不能达到代码复用的目的，一不小心，就可能造成新的错误！

幸运的是，有一个设计原则，恰好适用于这种状况：找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起。这样以来，代码变化引起的后果变少，系统将更有弹性。

2.5 策略模式登场

除了 fly() 和 quack() 方法之外，Duck 中的其他方法还算一切正常，没有什么需要经常需要变化或修改的地方。所以除了 fly() 和 quack() 方法，我们不打算对 Duck 中的其他方法做太多处理。我们希望一切具有弹性，正是因为没有弹性，上面两种方法都被我们淘汰掉了。

比如说，我们要产生一个绿头鸭的实例，并制定特定“类型”的飞行行为给它。我们可以在鸭子类中包含设定行为的方法，这样就可以在“运行时”动态地“改变”绿头鸭的飞行行为。

有了这些实现目标，于是就有了第二个设计原则：针对接口编程，而不是针对实现编程。

这里我们使用接口代表每个行为，比如说，FlyBehavior 与 QuackBehavior，而行为的每个实现都将实现其中一个接口。所以这次鸭子类不会去实现 Flyable 和 Quackable 接口，反而是由我们制造一组其他类专门实现 FlyBehavior 与 QuackBehavior，这就称为“行为”类。由行为类而不是 Duck 类来实现该接口。

（1）策略模式设计图

改造原来的鸭子类

（2） 代码实现

这里我们将 Duck 类定义成抽象类，并把 display() 方法定义成抽象方法。

接口 QuackBehavior

package com.jas.strategy;

public interface QuackBehavior {
    void quack();
}

接口 QuackBehavior 实现类 Quack(实现鸭子呱呱叫)

package com.jas.strategy;

public class Quack implements QuackBehavior {
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("Quack!");
    }
}

接口 QuackBehavior 实现类 SQuack(实现鸭子橡皮吱吱叫)

package com.jas.strategy;

public class SQuack implements QuackBehavior {
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("SQuack!");
    }
}

接口 QuackBehavior 实现类 MuteQuack(实现鸭子不会叫)

package com.jas.strategy;

public class MuteQuack implements QuackBehavior {
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("Silence!");
    }
}

接口 FlyBehavior

package com.jas.strategy;

public interface FlyBehavior {
    void fly();
}

接口 FlyBehavior 实现类 FlyWithWings(实现鸭子飞)

package com.jas.strategy;

public class FlyWithWings implements FlyBehavior {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("I'm flying!");
    }
}

接口 FlyBehavior 实现类 FlyNoWay(实现鸭子不会飞)

package com.jas.strategy;

public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("I can't fly!");
    }
}

Duck 类

package com.jas.strategy;

public abstract class Duck {
    private QuackBehavior quackBehavior;
    private FlyBehavior flyBehavior;
    
    public void swim(){
        System.out.println("All ducks float.");
    }
    
    public abstract void display();
    
    public void performQuack(){
        quackBehavior.quack();
    }

    public void performFly(){
        flyBehavior.fly();
    }
    
    public void setQuackBehavior(QuackBehavior quackBehavior){
        this.quackBehavior = quackBehavior;
    }
    
    public void setFlyBehavior(FlyBehavior flyBehavior){
        this.flyBehavior = flyBehavior;
    }
    
}

测试类 RubberDuck

package com.jas.strategy;

public class RubberDuck extends Duck {

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Rubber Duck");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        
        Duck rubberDuck = new RubberDuck();    //橡皮鸭实例
        
        rubberDuck.setQuackBehavior(new SQuack());    //橡皮鸭吱吱叫
        rubberDuck.setFlyBehavior(new FlyNoWay());    //橡皮鸭不会飞
        
        rubberDuck.performQuack();
        rubberDuck.performFly();
    }
}

//输出
//SQuack!
//I can't fly!

2.6 从策略模式组成结构对问题进行总结

三、策略模式总结

3.1 策略模式的优缺点

优点

• 策略模式提供了管理相关的算法族的办法，从而避免重复的代码。
• 策略模式提供了可以替换继承关系的办法。因为继承使得动态改变算法或行为变得不可能。
• 使用策略模式可以避免使用多重条件转移语句。

缺点

• 客户端必须知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略类。
• 策略模式造成很多的策略类，每个具体策略类都会产生一个新类。

四、参考资料

《Head First 设计模式》