【设计模式】策略模式

一、前言

　　笔者在看JDK源码的同时也穿插着看设计模式，之前有涉猎设计模式，但是没有进行总结和提炼，现在再读一遍设计模式，感觉受益匪浅，也特此进行记录。下面设计模式系列是以《Head First 设计模式》书为参考。有兴趣的读者可以购买，讲解得浅显易懂。

二、策略模式

　　定义：策略模式定义了算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

　　乍一看，概念比较难懂和生涩，可以用另外一种方式说明，对于不同的策略，对象会有不同的行为，这些策略是独立的，并且可以替换彼此，下面通过实际的示例来帮助理解这一模式。

三、示例说明

　　设计一个鸭子游戏，游戏中有各种鸭子，鸭子有各种行为，如呱呱叫、游泳等，同时不同的鸭子的外观不相同，这时候，很容易设计如下的类图。

　　说明：Duck为抽象类，表示鸭子类，所有的鸭子都有呱呱叫和游泳的行为，所以在Duck抽象类中实现，而display则是抽象的，因为不同的鸭子有不同的外观，具体子类给出实现。MallardDuck、RedheadDuck是呱呱叫（与Duck实现的相同），两者的外观不相同。RubberDuck是吱吱叫（需要重写Duck的quack方法），外观也不相同。

　　3.1 v1.0

　　根据类图，代码如下

　　Duck类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public abstract class Duck {
    public void quack() {
        System.out.println("quack...");
    }
    
    public void swim() {
        System.out.println("swim...");
    }
    
    public abstract void display();
}

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　　MallardDuck类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class MallardDuck extends Duck {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a MallardDuck");
    }
}

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　　RedheadDuck类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class RedheadDuck extends Duck {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a RedheadDuck");
    }
}

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　　RubberDuck类

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class RubberDuck extends Duck {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a RubberDuck");
    }
    
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("squeak...");
    }
    
    @Override
    public void fly() {
        
    }
}

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　　Main类（用作测试）　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new MallardDuck();
        duck.quack();
        duck.swim();
        duck.display();
        System.out.println("------------------");
        duck = new RedheadDuck();
        duck.quack();
        duck.swim();
        duck.display();
        System.out.println("------------------");
        duck = new RubberDuck();
        duck.quack();
        duck.swim();
        duck.display();
    }
}

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　　运行结果：　　

quack...
swim...
I am a MallardDuck
------------------
quack...
swim...
I am a RedheadDuck
------------------
squeak...
swim...
I am a RubberDuck

　　可以看到，上面的编写的代码可以运行良好，Rubber类重写了quack，为吱吱叫，但是，若此时提出一个新的需求，给某些鸭子添加飞的行为，因为有些可以飞（会飞的行为），一种不太好的解决办法是在Duck超类中添加fly方法，这样，每个子类都将会有fly方法，达到了代码复用的目的，但是，对与RubberDuck而言，它不会飞。则可以将RubberDuck类的fly覆盖，什么都不做。

　　3.2 v2.0

　　v2.0，有些鸭子会飞（有飞的行为），修改代码如下

　　Duck类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public abstract class Duck {
    public void quack() {
        System.out.println("quack...");
    }
    
    public void swim() {
        System.out.println("swim...");
    }
    
    public abstract void display();
    
    public void fly() {
        System.out.println("fly...");
    }
}

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　　RubberDuck类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class RubberDuck extends Duck {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a RubberDuck");
    }
    
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("squack...");
    }
    
    @Override
    public void fly() {
        
    }
}

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　　Main类（用于测试）　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new MallardDuck();
        duck.quack();
        duck.swim();
        duck.display();
        duck.fly();
        System.out.println("------------------");
        
        duck = new RedheadDuck();
        duck.quack();
        duck.swim();
        duck.display();
        duck.fly();
        System.out.println("------------------");
        
        duck = new RubberDuck();
        duck.quack();
        duck.swim();
        duck.display();
        duck.fly();
    }
}

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　　运行结果：　　

quack...
swim...
I am a MallardDuck
fly...
------------------
quack...
swim...
I am a RedheadDuck
fly...
------------------
squack...
swim...
I am a RubberDuck

　　RubberDuck重写了Duck类fly方法，使其什么都不做，这样可以认为RubberDuck不具有飞的行为。

　　不足：当新增子类时，若子类也不具有飞的行为，则又要像RubberDuck一样进行处理，即每当新增子类时，都需要检查是否需要覆盖quack方法和fly方法，这显然是很麻烦的。有没有一种更好的办法，可以很好的解决这个问题呢？

　　3.3 v3.0

　　分离鸭子行为中变化的与不变化的部分（设计原则：找出应用中可能需要变化之处，把他们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起），这样，每次有新的需求时，都会使某方面的代码发生变化，可以把这部分的代码抽离出来，和其他的稳定代码有所区别。方便进行改动或者扩充，而不影响不需要变化的部分。变化的部分包括飞行行为和呱呱叫行为。

　　1. 抽出鸭子飞行行为

　　2. 抽出鸭子呱呱叫行为

　　设计的类图如下图所示

　　

　　

　　说明：对于飞行行为和呱呱叫行为都已经从鸭子对象本身独立出来了。这样，可以很轻易让鸭子对象有其他的行为。Duck对象中有FlyBehavior和QuackBehavior两个实例变量。

　　再次修改后的代码如下

　　Duck类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public abstract class Duck {
    private FlyBehavior flyBehavior;
    private QuackBehavior quackBehavior;
    
    public void setFlyBehavior(FlyBehavior flyBehavior) {
        this.flyBehavior = flyBehavior;
    }
    
    public void setQuackBehavior(QuackBehavior quackBehavior) {
        this.quackBehavior = quackBehavior;
    }
    
    public void performQuack() {
        quackBehavior.quack();
    }
    
    public void performFly() {
        flyBehavior.fly();
    }
    
    public void swim() {
        System.out.println("swim...");
    }
    
    public abstract void display();
}

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　　MallardDuck类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class MallardDuck extends Duck {
    public void display() {
        System.out.println("I am a MallardDuck");
    }
}

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　　RedheadDuck类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class RedheadDuck extends Duck {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a RedheadDuck");
    }
}

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　　RubberDuck类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class RubberDuck extends Duck {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a RubberDuck");
    }
}

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　　FlyBehavior类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public interface FlyBehavior {
    void fly();
}

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　　FlyWithWings类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class FlyWithWings implements FlyBehavior {
    @Override
    public void fly() {
        System.out.println("fly with wings");
    }
}

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　　FlyNoWay类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
    @Override
    public void fly() {
        
    }
}

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　　QuackBehavior类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public interface QuackBehavior {
    void quack();
}

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　　Quack类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

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

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　　Squeak类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

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

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　　MuteQuack类

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class MuteQuack implements QuackBehavior {
    @Override 
    public void quack() {
        
    }
}

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　　Main类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new MallardDuck();
        FlyBehavior flyBehavior = new FlyWithWings();
        duck.setFlyBehavior(flyBehavior);
        QuackBehavior quackBehavior = new Quack();
        duck.setQuackBehavior(quackBehavior);
        duck.performQuack();
        duck.performFly();
        duck.swim();
        duck.display();
        System.out.println("------------------");        
    }
}

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　　运行结果：　

quack...
fly with wings
swim...
I am a MallardDuck
------------------

　　可以看到，这个版本的鸭子游戏已经比较理想，此时，可以很容易的添加子类，并且不用改变之前稳定的代码，在运行过程中可以动态改变对象的行为（通过setFlyBehavior和setQuackBehavior实现）。如添加一个ModelDuck类，继承自Duck类，FlyRocketPower，实现FlyBehavior接口，代码如下

　　ModelDuck类　　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class ModelDuck extends Duck {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a ModelDuck");
    }    
}

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　　FlyRocketPower类　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class FlyRocketPower implements FlyBehavior {
    @Override 
    public void fly() {
        System.out.println("fly with a rocket");
    }
}

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　　Main类（用作测试）　

package com.hust.grid.leesf.strategy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new MallardDuck();
        FlyBehavior flyBehavior = new FlyWithWings();
        duck.setFlyBehavior(flyBehavior);
        QuackBehavior quackBehavior = new Quack();
        duck.setQuackBehavior(quackBehavior);
        duck.performQuack();
        duck.performFly();
        duck.swim();
        duck.display();
        System.out.println("------------------");    
        
        duck = new ModelDuck();
        flyBehavior = new FlyRocketPower();
        quackBehavior = new MuteQuack();
        duck.setFlyBehavior(flyBehavior);
        duck.setQuackBehavior(quackBehavior);
        duck.performQuack();
        duck.performFly();
        duck.swim();
        duck.display();
        System.out.println("------------------");    
        
    }
}

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　　运行结果　　

quack...
fly with wings
swim...
I am a MallardDuck
------------------
fly with a rocket
swim...
I am a ModelDuck
------------------

四、总结

　　策略模式的应用很广泛，在游戏中有应用，如角色可以更换不同的武器，不同的武器有不同的效果，就可以使用策略模式来完成。所有源代码已经上传至github，欢迎fork，谢谢各位园友的观看~