3、简述策略模式及其使用方法

简述策略模式及其使用方法

概念

定义：定义一系列算法，将每一个算法封装起来，并让它们可以相互替换。策略模式让算法可以独立于使用它的客户而变化。

在策略模式中可以定义一些独立的类来封装不同的算法，每一个类封装一种具体的算法，在这里每一个封装算法的类都可以称为一种策略，为了保证这些策略在使用时具有一致性，一般会提供一个抽象的策略类来做算法的声明，而每种算法对应一个具体策略类。

策略模式又称为政策模式，是一种对象行为模型。

结构

1. Context(环境类)：环境类是使用算法的角色，它在解决某个问题（即实现某个功能）时可以采用多种策略。在环境类中维持一个对抽象策略类的引用实例，用于定义所采用的策略。
2. Strategy(抽象策略类)：抽象策略类为所支持的算法声明了抽象方法，是所有策略类的父类，它可以是抽象类或具体类，也可以是接口。环境类通过抽象策略类中声明的方法在运行时调用具体策略类中实现的算法。
3. ConcreteStrategy(具体策略类)：具体策略类实现了在抽象策略类中声明的算法，在运行时具体策略类将覆盖在环境类中定义的抽象策略类对象，使用一种具体的算法实现某个业务功能。

优缺点及使用范围

优点

1. 策略模式提供了对开闭原则的完美支持，用户可以在不修改原有系统的基础上选择算法或行为，也可以灵活地增加新的算法或行为。
2. 策略模式提供了管理相关的算法族的办法。策略类的等级结构定义了一个算法或行为族，恰当地使用继承可以把公共的代码转移到抽象策略类中，从而避免重复的代码。
3. 策略模式提供了一种可以替换继承关系的办法。如果不适用策略模式，那么使用算法的环境类就可能会有一些子类，每一个子类提供一种不同的算法。但是这样一来算法的使用就和算法本身混在一起，不符合单一职责原则，决定使用哪一种算法的逻辑和该算法本身混合在一起，从而不可能再独立演化；而且使用继承无法实现算法或行为在程序运行时的动态切换。
4. 使用策略模式可以避免多重条件选择语句。多重条件选择语句不易维护，它把采取哪一种算法或行为的逻辑与算法或行为本身的实现逻辑混合在一起，将它们全部硬编码在一个庞大的多重条件选择语句中，比直接继承环境类的办法还要原始和落后。
5. 策略模式提供了一种算法的复用机制，由于将算法单独提取出来封装在策略类中，因此不同的环境类可以方便地复用这些策略类。

缺点

1. 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。这就意味着客户端必须理解这些算法的区别，以便适时选择恰当的算法。换而言之，策略模式只适用于客户端知道所有算法或行为的情况。
2. 策略模式将造成系统产生很多具体策略类，任何细小的变化都将导致系统要增加一个新的具体策略类。
3. 无法同时在客户端使用多个策略类，也就是说，在使用策略模式时客户端每次只能使用一个策略类，不支持使用一个策略类完成部分功能后再使用另一个策略类完成剩余功能的情况。

适用环境

1. 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种，那么可以将这些算法封装到一个个的具体算法类中，而这些具体算法类都是一个抽象算法类的子类。换而言之，这些具体算法类均有统一的接口，根据里氏代换原则和面向对象的多态性，客户端可以选择使用任何一个具体算法类，并只需要维持一个数据类型是抽象算法类的对象。
2. 一个对象有很多行为，如果不用恰当的模式，这些行为则只好使用多重条件选择语句来实现。此时使用策略模式把这些行为转移到相应的具体策略类里面，就可以避免使用难以维护的多重条件选择语句。
3. 不希望客户端知道复杂的、与算法相关的数据结构，在具体策略类中封装算法与相关的数据结构，可以提高算法的保密性与安全性。

使用方法

在使用策略模式时需要将算法从环境类Context中提取出来，首先应该创建一个抽象策略类：

public abstract class AbstractStrategy{
     
    public abstract void algorithm();//声明抽象方法
}

然后将封装每一种具体算法的类作为该抽象策略类的子类：

public class ConcreteStrategyA extends AbstractStrategy{
     
    //算法的具体实现
    public void algorithm(){
     
        //算法A
    }
}

其他具体策略类与之类似，对于Context类而言，在它雨抽象策略类之间建立一个关联关系：

public class Context{
     
    private AbstractStrategy strategy;//维持一个对抽象策略类的引用
    public void setStrategy(AbstractStrategy strategy){
     
        this.strategy = strategy;
    }
    //调用策略类中的算法
    public void algorithm(){
     
        strategy.algorithm();
    }
}

在Context类中定义一个AbstractStrategy类型的对象strategy，通过注入的方式在客户端传入一个具体策略对象：

...
Context context = new Context();
AbstractStrategy strategy;
strategy = new ConcreteStrategyA();//可在运行时指定类型，通过配置文件和反射机制实现
context.setStrategy(strategy);
context.algorithm();
...

在客户端代码中只需注入一个具体策略对象，可以将具体策略类的类名存储在配置文件中，通过反射来动态创建具体策略对象，从而使得用户可以灵活地更换具体策略类，增加新的具体策略类也很方便。

练习题目

根据问题描述和所给出的类图，建立Java控制台项目完成策略模式的应用，并在Main函数中进行测试。

某软件公司为某电影院开发了一套影院售票系统，在该系统中需要为不同类型的用户提供不同的电影票打折方式，具体打折方案如下：

(1) 学生凭学生证可享受票价8折优惠。

(2) 年龄在10周岁及以下的儿童可享受每张票减免10元的优惠（原始票价需大于等于20元）。

(3) 影院VIP用户除享受票价半价优惠外还可进行积分，积分累计到一定额度可换取电影院赠送的奖品。

该系统在将来可能还要根据需要引入新的打折方式。现使用策略模式设计该影院售票系统的打折方案。在当前项目添加XMLUtil类（文件名XMLUtil.java）和config.xml，通过读取配置文件进行打折方式的切换。

源代码

Movie.java：客户端测试类

public class Movie {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        double originalPrice = 60;
        MovieTicket movieTicket = new MovieTicket();
        System.out.println("初始票价："+originalPrice);

        movieTicket.setPrice(originalPrice);
        Discount discount = (Discount)XMLUtil.getBean();//读取配置文件并反射生成具体折扣对象
        movieTicket.setDiscount(discount);//注入折扣对象
        System.out.println("折后价为"+movieTicket.getPrice());
    }
}

MovieTicket.java：电影票类，充当环境类

public class MovieTicket{
     
    double price;
    Discount discount;//维持一个对抽象折扣类的引用
    public void setPrice(double price) {
     
        this.price = price;
    }
    //注入一个折扣类对象
    public void setDiscount(Discount discount) {
     
        this.discount = discount;
    }
    public double getPrice() {
     
        //调用折扣类的折扣计算方法
        return discount.calculate(this.price);
    }
}

Discount.java：折扣类，充当抽象策略类

public interface Discount{
     
    public double calculate(double price);
}

StudentDiscount.java：学生票折扣类，充当具体策略类

public class StudentDiscount implements Discount{
     
    @Override
    public double calculate(double price) {
     
        System.out.println("学生票：");
        return price*0.8;
    }
}

ChildrenDiscount.java：儿童票折扣类，充当具体策略类

public class ChildrenDiscount implements Discount{
     
    @Override
    public double calculate(double price) {
     
        System.out.println("儿童票：");
        if (price>=20) {
     
            return price-10;
        }else {
     
            return price;
        }
    }
}

VIPDiscount.java：VIP票折扣类，充当具体策略类

public class VIPDiscount implements Discount{
     
    @Override
    public double calculate(double price) {
     
        System.out.println("增加积分！");
        System.out.println("VIP票：");
        return price*0.5;
    }
}

XMLUtil.java：工具类

import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;

public class XMLUtil {
     
    public static Object getBean() {
     
        //该方法用于从XML配置文件中提取图表类型，并返回一个实例对象
        try {
     
            //创建文档对象
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src//config.xml"));
            //获取包含图表类型的文本结点
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
            String cName = classNode.getNodeValue().trim();
            //通过类名生成实例对象并将其返回
            Class c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
     
            // TODO: handle exception
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

config.xml：配置文件

<config>
    <className>ChildrenDiscountclassName>
config>

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本篇文章参考书籍有：
《Java设计模式》 刘伟——清华大学出版社,2018

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作者：阿涛
CSDN博客主页：https://blog.csdn.net/qq_43313113
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