设计模式(十四)：行为型之策略模式

设计模式系列文章

设计模式(一)：创建型之单例模式

设计模式(二、三)：创建型之工厂方法和抽象工厂模式

设计模式(四)：创建型之原型模式

设计模式(五)：创建型之建造者模式

设计模式(六)：结构型之代理模式

设计模式(七)：结构型之适配器模式

设计模式(八)：结构型之装饰器模式

设计模式(九)：结构型之桥接模式

设计模式(十)：结构型之外观模式

设计模式(十一)：结构型之组合模式

设计模式(十二)：结构型之享元模式

设计模式(十三)：行为型之模板方法模式

设计模式(十四)：行为型之策略模式

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一、设计模式分类

• 创建型模式
  • 用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”
  • 提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者 5 种创建型模式
• 结构型模式
  • 用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构
  • 提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合 7 种结构型模式
• 行为型模式
  • 用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法单独完成的任务，以及怎样分配职责
  • 提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器 11 种行为型模式

二、策略模式

1、概述

定义

• 该模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换，且算法的变化不会影响使用算法的客户
• 策略模式属于对象行为模式
• 它通过对算法进行封装，把使用算法的责任和算法的实现分割开来，并委派给不同的对象对这些算法进行管理

2、结构

策略模式的主要角色如下：

• 抽象策略（Strategy）类：这是一个抽象角色，通常由一个接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体策略类所需的接口
• 具体策略（Concrete Strategy）类：实现了抽象策略定义的接口，提供具体的算法实现或行为
• 环境（Context）类：持有一个策略类的引用，最终给客户端调用

3、实现

促销活动

• 一家百货公司在定年度的促销活动
• 针对不同的节日（春节、中秋节、圣诞节）推出不同的促销活动，由促销员将促销活动展示给客户

类图如下：

代码如下：

• 抽象策略类：定义百货公司所有促销活动的共同接口

public interface Strategy {
    void show();
}

• 定义具体策略角色：每个节日具体的促销活动

//为春节准备的促销活动A
public class StrategyA implements Strategy {

    public void show() {
        System.out.println("买一送一");
    }
}

//为中秋准备的促销活动B
public class StrategyB implements Strategy {

    public void show() {
        System.out.println("满200元减50元");
    }
}

//为圣诞准备的促销活动C
public class StrategyC implements Strategy {

    public void show() {
        System.out.println("满1000元加一元换购任意200元以下商品");
    }
}

• 定义环境角色（Context）：用于连接上下文，即把促销活动推销给客户，这里可以理解为销售员

public class SalesMan {
    //聚合策略类对象
    private Strategy strategy;

    public SalesMan(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    //由促销员展示促销活动给用户
    public void salesManShow() {
        strategy.show();
    }
}

• 客户端：一个促销员修改不同的策略就会有不同的行为

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //春节来了，使用春节促销活动
        SalesMan salesMan = new SalesMan(new StrategyA());
        //展示促销活动
        salesMan.salesManShow();

        System.out.println("==============");
        //中秋节到了，使用中秋节的促销活动
        salesMan.setStrategy(new StrategyB());
        //展示促销活动
        salesMan.salesManShow();

        System.out.println("==============");
        //圣诞节到了，使用圣诞节的促销活动
        salesMan.setStrategy(new StrategyC());
        //展示促销活动
        salesMan.salesManShow();
    }
}

4、优缺点

优点

• 策略类之间可以自由切换，由于策略类都实现同一个接口，所以使它们之间可以自由切换
• 易于扩展，增加一个新的策略只需要添加一个具体的策略类即可，基本不需要改变原有的代码，符合“开闭原则“
• 避免使用多重条件选择语句（if else），充分体现面向对象设计思想

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

5、使用场景

• 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种时，可将每个算法封装到策略类中
• 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，可将每个条件分支移入它们各自的策略类中以代替这些条件语句
• 系统中各算法彼此完全独立，且要求对客户隐藏具体算法的实现细节时
• 系统要求使用算法的客户不应该知道其操作的数据时，可使用策略模式来隐藏与算法相关的数据结构
• 多个类只区别在表现行为不同，可以使用策略模式，在运行时动态选择具体要执行的行为

6、JDK源码解析

• Comparator 中的策略模式
• 在Arrays类中有一个 sort() 方法，如下：

public class Arrays{
    public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        if (c == null) {
            sort(a);
        } else {
            if (LegacyMergeSort.userRequested)
                legacyMergeSort(a, c);
            else
                TimSort.sort(a, 0, a.length, c, null, 0, 0);
        }
    }
}

• Arrays就是一个环境角色类，这个sort方法可以传一个新策略让Arrays根据这个策略来进行排序

public class demo {
    public static void main(String[] args) {

        Integer[] data = {12, 2, 3, 2, 4, 5, 1};
        // 实现降序排序
        Arrays.sort(data, new Comparator<Integer>() {
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o2 - o1;
            }
        });
        System.out.println(Arrays.toString(data)); //[12, 5, 4, 3, 2, 2, 1]
    }
}

• Arrays类的sort方法到底有没有使用Comparator子实现类中的 compare() 方法吗？
• 继续查看TimSort类的 sort() 方法

class TimSort<T> {
    static <T> void sort(T[] a, int lo, int hi, Comparator<? super T> c,
                         T[] work, int workBase, int workLen) {
        assert c != null && a != null && lo >= 0 && lo <= hi && hi <= a.length;

        int nRemaining  = hi - lo;
        if (nRemaining < 2)
            return;  // Arrays of size 0 and 1 are always sorted

        // If array is small, do a "mini-TimSort" with no merges
        if (nRemaining < MIN_MERGE) {
            int initRunLen = countRunAndMakeAscending(a, lo, hi, c);
            binarySort(a, lo, hi, lo + initRunLen, c);
            return;
        }
        ...
    }   
        
    private static <T> int countRunAndMakeAscending(T[] a, int lo, int hi,Comparator<? super T> c) {
        assert lo < hi;
        int runHi = lo + 1;
        if (runHi == hi)
            return 1;

        // Find end of run, and reverse range if descending
        if (c.compare(a[runHi++], a[lo]) < 0) { // Descending
            while (runHi < hi && c.compare(a[runHi], a[runHi - 1]) < 0)
                runHi++;
            reverseRange(a, lo, runHi);
        } else {                              // Ascending
            while (runHi < hi && c.compare(a[runHi], a[runHi - 1]) >= 0)
                runHi++;
        }

        return runHi - lo;
    }
}

• 面的代码中最终会跑到 countRunAndMakeAscending() 这个方法中
• 使用了c.compare方法，所以在调用Arrays.sort方法只传具体compare重写方法的类对象就行