java设计模式之 strategy策略模式

什么是策略模式

Strategy模式也叫策略模式是行为模式之一，它对一系列的算法加以封装，为所有算法定义一个抽象的算法接口，并通过继承该抽象算法接口对所有的算法加以封装和实现，具体的算法选择交由客户端决定（策略）。Strategy模式主要用来平滑地处理算法的切换 。

上面定义可能比较抽象，下面来举个例子说明一下：根据某个规则对一系列对象进行排序

假如现在有一群猫的对象，我们要按照其年龄进行排序。那么很简单，只需要写个算法，比较其年龄即可（算法不是本文要点，所以不再赘述）。

那么如果我们又要对一群狗狗对象按照年龄进行排序，那我们又要再实现一个算法。

如果此时产品又改变了需求（听说程序员和产品上辈子是冤家），按照猫的体重，狗的身高进行排序，那是不是又要多写几个算法呢？那这样岂不是很麻烦。

所有关于未来不确定并且支持扩展的实现我们都应该想到多态。

我们理一下思路，既然都是排序，那么我们可以把排序独立出来，排序算法以后不再改变，但是我们要按照不同的策略进行排序，那么我们就把策略进行封装（想想多态，面向接口编程，让这些策略实现相同接口就行啦），将其作为一个参数传递过去。

也许有的人会发现，这不就是java里的Comparable和Comparator吗，是的没错，就是他俩。我们这里模拟一下。

一步一步实现策略模式

有cat类：

public class Cat {    private String name;    private int age;    private int weight;    public void setWeight(int weight) {        this.weight = weight;    }    public int getWeight() {        return weight;    }    public void setAge(int age) {        this.age = age;    }    public int getAge() {        return age;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public String getName() {        return name;    }    @Override    public String toString() {        return "name="+name+"; age="+age+"; weight="+weight;    }}

按照年龄进行排序：

package com.lbl.proxy.strategy;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.Random;/** * Created by liubenlong on 2017/2/6. */public class Main {    public static List<Cat> initCat(){        List<Cat> cats = new ArrayList<>();        Random random = new Random();        for(int i = 0 ;i < 5; i ++){            Cat cat = new Cat();            cat.setAge(random.nextInt(20));            cat.setName("name_" + i);            cat.setWeight(random.nextInt(30));            cats.add(cat);        }        cats.forEach(System.out::println);        return cats;    }    /**     * 冒泡排序     * @param cats     */    public static void sort(List<Cat> cats){        for(int i = 0 ; i < cats.size() ; i++){            for(int j = 0 ; j < cats.size() - i - 1 ; j ++){                if(cats.get(j).getAge() > cats.get(j+1).getAge()){                    Cat cat = cats.get(j);                    cats.remove(j);                    cats.add(j + 1, cat);                }            }        }    }    public static void main(String[] args){        List<Cat> cats = initCat();        sort(cats);        System.out.println("排序后：");        cats.forEach(System.out::println);    }}

输出结果：

name=name_0;age=12;weight=2name=name_1;age=1;weight=12name=name_2;age=3;weight=27name=name_3;age=4;weight=0name=name_4;age=17;weight=0排序后：name=name_1;age=1;weight=12name=name_2;age=3;weight=27name=name_3;age=4;weight=0name=name_0;age=12;weight=2name=name_4;age=17;weight=0

我们让排序算法和需要排序的类分开，不再需要管是猫还是狗

首先写一个支持比较的接口，任何需要比较的类都实现这个接口，并且自行实现比较逻辑

public interface MyComparable {    int compareTo(Object o);}

修改cat代码

package com.lbl.proxy.strategy;/** * Created by liubenlong on 2017/2/6. */public class Cat implements MyComparable{    private String name;    private int age;    private int weight;    public void setWeight(int weight) {        this.weight = weight;    }    public int getWeight() {        return weight;    }    public void setAge(int age) {        this.age = age;    }    public int getAge() {        return age;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public String getName() {        return name;    }    @Override    public String toString() {        return "name="+name+"; age="+age+"; weight="+weight;    }    @Override    public int compareTo(Object o) {        if(o instanceof Cat){            Cat cat = (Cat) o;            if(this.getAge() > cat.getAge()) return 1;            else return -1;        }else throw new IllegalArgumentException("参数不是Cat类型！");    }}

修改测试方法如下：

package com.lbl.proxy.strategy;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.Random;/** * Created by liubenlong on 2017/2/6. */public class Main {    public static List<MyComparable> initCat(){        List<MyComparable> cats = new ArrayList<>();        Random random = new Random();        for(int i = 0 ;i < 5; i ++){            Cat cat = new Cat();            cat.setAge(random.nextInt(20));            cat.setName("name_" + i);            cat.setWeight(random.nextInt(30));            cats.add(cat);        }        cats.forEach(System.out::println);        return cats;    }    /**     * 冒泡排序     * @param cats     */    public static void sort(List<Cat> cats){        for(int i = 0 ; i < cats.size() ; i++){            for(int j = 0 ; j < cats.size() - i - 1 ; j ++){                if(cats.get(j).getAge() > cats.get(j+1).getAge()){                    Cat cat = cats.get(j);                    cats.remove(j);                    cats.add(j + 1, cat);                }            }        }    }    public static void sort1(List<MyComparable> myComparables){        for(int i = 0 ; i < myComparables.size() ; i++){            for(int j = 0 ; j < myComparables.size() - i - 1 ; j ++){                if(myComparables.get(j).compareTo(myComparables.get(j + 1)) > 0){                    MyComparable myComparable = myComparables.get(j);                    myComparables.remove(j);                    myComparables.add(j + 1, myComparable);                }            }        }    }    public static void main(String[] args){        List<MyComparable> cats = initCat();        sort1(cats);        System.out.println("排序后：");        cats.forEach(System.out::println);    }}

测试一下，输出结果与我们想象的一样。这样一来，排序算法就不需要为每个类都写一遍了。是不是简单了很多。

接下来我们让排序算法与具体的排序策略分离解耦

上面的代码还有一个问题，如果猫某一天要根据体重排序如何是好呢？Cat类中只有一个compareTo方法，而且需求可能在将来不停的改变。
也就是具体根据什么策略进行排序不再具体实现类里编写，可以通过参数传递过去
利用java的多态，可以统一实现一个接口，然后在算法里，直接调用接口统一的方法即可：

创建我自己的比较器策略接口：

@FunctionalInterfacepublic interface MyComparator {    int compare(Object t1, Object t2);}

这里使用了jdk8里的函数式接口FunctionalInterface，当然不适用也可以

编写一个按照体重排序的类

/** * Created by liubenlong on 2017/2/6. */public class CatWeightCompare implements MyComparator{    @Override    public int compare(Object o1, Object o2){        if(o1 instanceof Cat && o2 instanceof Cat){            Cat cat1 = (Cat) o1;            Cat cat2 = (Cat) o2;            if(cat1.getWeight() > cat2.getWeight()) return 1;            else if(cat1.getWeight() < cat2.getWeight()) return -1;            else return 0;        }else throw new IllegalArgumentException("参数有误");    }}

Cat类修改如下：

package com.lbl.proxy.strategy;/** * Created by liubenlong on 2017/2/6. */public class Cat implements MyComparable{    private String name;    private int age;    private int weight;    public void setWeight(int weight) {        this.weight = weight;    }    public int getWeight() {        return weight;    }    public void setAge(int age) {        this.age = age;    }    public int getAge() {        return age;    }    public void setName(String name) {        this.name = name;    }    public String getName() {        return name;    }    @Override    public String toString() {        return "name="+name+"; age="+age+"; weight="+weight;    }    @Override    public int compareTo(Object o, MyComparator myComparator) {        if(o instanceof Cat){            return myComparator.compare(this, o);        }else throw new IllegalArgumentException("参数不是Cat类型！");    }}

Main测试方法修改为：

package com.lbl.proxy.strategy;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.Random;/** * Created by liubenlong on 2017/2/6. */public class Main {    public static List<MyComparable> initCat(){        List<MyComparable> cats = new ArrayList<>();        Random random = new Random();        for(int i = 0 ;i < 5; i ++){            Cat cat = new Cat();            cat.setAge(random.nextInt(20));            cat.setName("name_" + i);            cat.setWeight(random.nextInt(30));            cats.add(cat);        }        cats.forEach(System.out::println);        return cats;    }    public static void sort2(List<MyComparable> myComparables, MyComparator myComparator){        for(int i = 0 ; i < myComparables.size() ; i++){            for(int j = 0 ; j < myComparables.size() - i - 1 ; j ++){                if(myComparables.get(j).compareTo(myComparables.get(j + 1), myComparator) > 0){                    MyComparable myComparable = myComparables.get(j);                    myComparables.remove(j);                    myComparables.add(j + 1, myComparable);                }            }        }    }    public static void main(String[] args){        List<MyComparable> cats = initCat();        //使用java8里的lamba表达式        sort2(cats, (o1, o2) -> {            if(o1 instanceof Cat && o2 instanceof Cat){                Cat cat1 = (Cat) o1;                Cat cat2 = (Cat) o2;                if(cat1.getAge() > cat2.getAge()) return 1;                else if(cat1.getWeight() < cat2.getWeight()) return -1;                else return 0;            }else throw new IllegalArgumentException("参数有误");        });        System.out.println("按照年龄排序后：");        cats.forEach(System.out::println);        sort2(cats, new CatWeightCompare());        System.out.println("按照体重排序后：");        cats.forEach(System.out::println);    }}

输出结果：

name=name_0; age=2; weight=8name=name_1; age=2; weight=15name=name_2; age=0; weight=17name=name_3; age=10; weight=8name=name_4; age=4; weight=12按照年龄排序后：name=name_2; age=0; weight=17name=name_0; age=2; weight=8name=name_1; age=2; weight=15name=name_4; age=4; weight=12name=name_3; age=10; weight=8按照体重排序后：name=name_0; age=2; weight=8name=name_3; age=10; weight=8name=name_4; age=4; weight=12name=name_1; age=2; weight=15name=name_2; age=0; weight=17

与我们想象的结果一致，大功告成。

类图：

使用场景

当存在以下情况时使用Strategy模式

• 许多相关的类仅仅是行为有异。 “策略”提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法。即一个系统需要动态地在几种算法中选择一种。
• 需要使用一个算法的不同变体。例如，你可能会定义一些反映不同的空间 /时间权衡的算法。当这些变体实现为一个算法的类层次时 ,可以使用策略模式。
• 算法使用客户不应该知道的数据。可使用策略模式以避免暴露复杂的、与算法相关的数据结构。
• 一个类定义了多种行为 , 并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现。将相关的条件分支移入它们各自的Strategy类中以代替这些条件语句。

模式的组成

环境类(Context):用一个ConcreteStrategy对象来配置。维护一个对Strategy对象的引用。可定义一个接口来让Strategy访问它的数据。
抽象策略类(Strategy):定义所有支持的算法的公共接口。 Context使用这个接口来调用某ConcreteStrategy定义的算法。
具体策略类(ConcreteStrategy):以Strategy接口实现某具体算法。

策略模式的优缺点

Strategy模式优点

• 相关算法系列 Strategy类层次为Context定义了一系列的可供重用的算法或行为。 继承有助于析取出这些算法中的公共功能。
• 提供了可以替换继承关系的办法： 继承提供了另一种支持多种算法或行为的方法。你可以直接生成一个Context类的子类，从而给它以不同的行为。但这会将行为硬行编制到 Context中，而将算法的实现与Context的实现混合起来,从而使Context难以理解、难以维护和难以扩展，而且还不能动态地改变算法。最后你得到一堆相关的类 , 它们之间的唯一差别是它们所使用的算法或行为。 将算法封装在独立的Strategy类中使得你可以独立于其Context改变它，使它易于切换、易于理解、易于扩展。
• 消除了一些if else条件语句 ：Strategy模式提供了用条件语句选择所需的行为以外的另一种选择。当不同的行为堆砌在一个类中时 ,很难避免使用条件语句来选择合适的行为。将行为封装在一个个独立的Strategy类中消除了这些条件语句。含有许多条件语句的代码通常意味着需要使用Strategy模式。
• 实现的选择 Strategy模式可以提供相同行为的不同实现。客户可以根据不同时间 /空间权衡取舍要求从不同策略中进行选择。

Strategy模式缺点

• 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: 本模式有一个潜在的缺点，就是一个客户要选择一个合适的Strategy就必须知道这些Strategy到底有何不同。此时可能不得不向客户暴露具体的实现问题。因此仅当这些不同行为变体与客户相关的行为时 , 才需要使用Strategy模式。
• Strategy和Context之间的通信开销 ：无论各个ConcreteStrategy实现的算法是简单还是复杂, 它们都共享Strategy定义的接口。因此很可能某些 ConcreteStrategy不会都用到所有通过这个接口传递给它们的信息；简单的 ConcreteStrategy可能不使用其中的任何信息！这就意味着有时Context会创建和初始化一些永远不会用到的参数。如果存在这样问题 , 那么将需要在Strategy和Context之间更进行紧密的耦合。
• 策略模式将造成产生很多策略类：可以通过使用享元模式在一定程度上减少对象的数量。 增加了对象的数目 Strategy增加了一个应用中的对象的数目。有时你可以将 Strategy实现为可供各Context共享的无状态的对象来减少这一开销。任何其余的状态都由 Context维护。Context在每一次对Strategy对象的请求中都将这个状态传递过去。共享的 Strategy不应在各次调用之间维护状态。

JDK中的策略模式

这里可以参考Comparable和Comparator。和java.util.List#sort方法。

参考资料

设计模式 ( 十八 ) 策略模式Strategy（对象行为型）