万字解析设计模式之策略模式、命令模式

一、策略模式

1.1概述

先看下面的图片，我们去旅游选择出行模式有很多种，可以骑自行车、可以坐汽车、可以坐火车、可以坐飞机。

策略模式（Strategy Pattern）是一个行为型设计模式，它定义了一组算法家族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，且算法的变化不会影响使用算法的客户。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。

1.2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。定义了所有支持的算法的共同接口，可以是抽象类、接口或抽象类和接口的组合。

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，将具体的算法委托给这些策略对象来处理，最终给客户端调用。

1.3实现

【例】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：

抽象策略（Strategy）类

package com.yanyu.Strategyer;


public interface Strategy {
    void show();
}

具体策略角色（Concrete Strategy）

package com.yanyu.Strategyer;

//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");
    }
}

package com.yanyu.Strategyer;

//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");
    }
}

package com.yanyu.Strategyer;

//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");
    }
}

环境（Context）类

package com.yanyu.Strategyer;

public class SalesMan {
    //持有抽象策略角色的引用
    private Strategy strategy;

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

    public Strategy getStrategy() {
        return strategy;
    }

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

    //向客户展示促销活动
    public void salesManShow(){
        strategy.show();
    }
}

客户端类

package com.yanyu.Strategyer;

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();
    }
}

1.4优缺点

1，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。

2，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

1.5使用场景

当你想使用对象中各种不同的算法变体，并希望能在运行时切换算法时，可使用策略模式；

当你有许多仅在执行某些行为时略有不同的相似类时，可使用策略模式；

如果算法在上下文的逻辑中不是特别重要，使用该模式能将类的业务逻辑与其算法实现细节隔离开来；

当类中使用了复杂条件运算符以在同一算法的不同变体中切换时，可使用该模式。

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

二、命令模式

2.1概述

日常生活中，我们出去吃饭都会遇到下面的场景。

命令模式是一种行为设计模式，将请求或操作封装成对象，从而使请求者和接收者松耦合，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。在命令模式中，命令就像是一个对象，可以被存储、重复、撤销、恢复等操作，因此它可以通过队列、日志等方式来管理和操作。

为什么需要命令模式

假如你正在开发一款新的文字编辑器，当前的任务是创建一个包含多个按钮的工具栏，并让每个按钮对应编辑器的不同操作。你创建了一个非常简洁的按钮类，它不仅可用于生成工具栏上的按钮，还可用于生成各种对话框的通用按钮。

最简单的解决方案是在使用按钮的每个地方都创建大量的子类。这些子类中包含按钮点击后必须执行的代码。

你很快就意识到这种方式有严重缺陷。首先，你创建了大量的子类，当每次修改基类按钮时，你都有可能需要修改所有子类的代码。简单来说， GUI 代码以一种拙劣的方式依赖于业务逻辑中的不稳定代码。还有一个部分最难办。复制/粘贴文字等操作可能会在多个地方被调用。例如用户可以点击工具栏上小小的 “复制” 按钮，或者通过上下文菜单复制一些内容，又或者直接使用键盘上的 Ctrl+C 。

最简单的解决方案是在使用按钮的每个地方都创建大量的子类。这些子类中包含按钮点击后必须执行的代码。

用命令模式解决问题

软件设计通常会将关注点进行分离。最常见的例子：一层负责用户图像界面；另一层负责业务逻辑。 GUI 层负责在屏幕上渲染美观的图形，捕获所有输入并显示用户和程序工作的结果。当需要完成一些重要内容时（比如计算月球轨道或撰写年度报告）， GUI 层则会将工作委派给业务逻辑底层。

这在代码中看上去就像这样：一个 GUI 对象传递一些参数来调用一个业务逻辑对象。这个过程通常被描述为一个对象发送请求给另一个对象。

2.2结构

命令模式包含以下主要角色：

抽象命令类（Command）角色：定义命令的接口，声明执行的方法。

具体命令（Concrete Command）角色：具体的命令，实现命令接口；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。

实现者/接收者（Receiver）角色：负责执行具体的命令操作。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。

调用者/请求者（Invoker）角色：负责调用命令并执行。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。

2.3实现

将上面的案例用代码实现，那我们就需要分析命令模式的角色在该案例中由谁来充当。

服务员：就是调用者角色，由她来发起命令。

资深大厨：就是接收者角色，真正命令执行的对象。

订单：命令中包含订单。

类图如下：

抽象命令类

package com.yanyu.Commander;

public interface Command {
    void execute();//只需要定义一个统一的执行方法
}

具体命令（Concrete Command）角色

package com.yanyu.Commander;

import java.util.Set;

public class OrderCommand implements Command {

    //持有接受者对象
    private SeniorChef receiver; // 命令模式中的接收者对象
    private Order order; // 命令的参数

    public OrderCommand(SeniorChef receiver, Order order){
        this.receiver = receiver; // 初始化接收者对象
        this.order = order; // 初始化命令的参数
    }

    public void execute()  {
        System.out.println(order.getDiningTable() + "桌的订单："); // 输出订单信息
        Set keys = order.getFoodDic().keySet(); // 获取订单中食物的键集合
        for (String key : keys) {
            receiver.makeFood(order.getFoodDic().get(key),key); // 调用接收者对象的方法执行制作食物的操作
        }

        try {
            Thread.sleep(100); // 停顿一下 模拟做饭的过程
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(order.getDiningTable() + "桌的饭弄好了"); // 输出制作完成的信息
    }
}

接收者（Receiver）角色

package com.yanyu.Commander;

// 资深大厨类 是命令的Receiver
public class SeniorChef {
    public void makeFood(int num,String foodName) {
        System.out.println(num + "份" + foodName);
    }
}

调用者

package com.yanyu.Commander;

import java.util.ArrayList;

public class Waitor {

    private ArrayList commands;//可以持有很多的命令对象

    public Waitor() {
        commands = new ArrayList();
    }

    public void setCommand(Command cmd){
        commands.add(cmd);
    }

    // 发出命令 喊 订单来了，厨师开始执行
    public void orderUp() {
        System.out.println("美女服务员：叮咚，大厨，新订单来了.......");
        for (int i = 0; i < commands.size(); i++) {
            Command cmd = commands.get(i);
            if (cmd != null) {
                cmd.execute();
            }
        }
    }
}

命令的请求

package com.yanyu.Commander;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Order {
    // 餐桌号码
    private int diningTable;

    // 用来存储餐名并记录份数
    private Map foodDic = new HashMap();

    public int getDiningTable() {
        return diningTable; // 获取餐桌号码
    }

    public void setDiningTable(int diningTable) {
        this.diningTable = diningTable; // 设置餐桌号码
    }

    public Map getFoodDic() {
        return foodDic; // 获取食物名称和数量的映射
    }

    public void setFoodDic(String name, int num) {
        foodDic.put(name,num); // 添加食物名称和数量的映射
    }
}

客户端类

package com.yanyu.Commander;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建2个order
        Order order1 = new Order();
        order1.setDiningTable(1);
        order1.getFoodDic().put("西红柿鸡蛋面",1);
        order1.getFoodDic().put("小杯可乐",2);

        Order order2 = new Order();
        order2.setDiningTable(3);
        order2.getFoodDic().put("尖椒肉丝盖饭",1);
        order2.getFoodDic().put("小杯雪碧",1);

        //创建接收者
        SeniorChef receiver=new SeniorChef();
        //将订单和接收者封装成命令对象
        OrderCommand cmd1 = new OrderCommand(receiver, order1);
        OrderCommand cmd2 = new OrderCommand(receiver, order2);
        //创建调用者 waitor
        Waitor invoker = new Waitor();
        invoker.setCommand(cmd1);
        invoker.setCommand(cmd2);

        //将订单带到柜台 并向厨师喊 订单来了
        invoker.orderUp();
    }
}

2.4 优缺点

1，优点：

降低系统的耦合度。命令模式能将调用操作的对象与实现该操作的对象解耦。

增加或删除命令非常方便。采用命令模式增加与删除命令不会影响其他类，它满足“开闭原则”，对扩展比较灵活。

可以实现宏命令。命令模式可以与组合模式结合，将多个命令装配成一个组合命令，即宏命令。

方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与后面介绍的备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。

2，缺点：

使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。

系统结构更加复杂。

2.5使用场景

系统需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互。

系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求。

系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。

2.6源码分析

在JDK中，命令模式的经典实现是Runnable接口和java.util.concurrent包中的Executor框架。Runnable接口定义了一个执行动作的协议，而Executor框架则提供了一些实现Runnable接口的类（如ThreadPoolExecutor），以及执行Runnable对象的方法。

以下是一个简单的示例，我们将使用Runnable接口和Executor框架来实现命令模式：

public class CommandPatternJDKExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个命令对象
        Runnable command = new ConcreteCommand();

        // 创建一个执行器对象
        Executor executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        // 执行命令
        executor.execute(command);
    }
}

// 具体命令类
class ConcreteCommand implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("命令被执行了");
    }
}

在上面的示例中，我们创建了一个ConcreteCommand类，它实现了Runnable接口，并且在run()方法中执行了一个简单的命令。然后，我们使用Executors类创建了一个执行器对象，并调用了它的execute()方法来执行这个命令。

三、策略模式实验

任务描述

在多个裁判负责打分的单人跳水比赛中,每位裁判给选手一个得分,选手的最后得分是根据全体裁判的得分计算出来的。现有5名裁判和7人裁判两种评分计算方案，以后可能会有更多计算方案。

5名裁判员评分规则：5名裁判员打出分数以后，先删去最高和最低的无效分，余下3名裁判员的分数之和乘以运动员所跳动作的难度系数，便得出该动作的实得分；

7名裁判员评分规则：方法与5名裁判员评分方法相同，但7人裁判员算出的得分最后还应除以5，再乘以3。

本关任务：请设计一种能兼容多种评分策略的架构，且用户可以自主选择其中一种策略作为比赛的评分方案。

实现方式

从上下文类中找出修改频率较高的算法（也可能是用于在运行时选择某个算法变体的复杂条件运算符）；

声明该算法所有变体的通用策略接口；

将算法逐一抽取到各自的类中，它们都必须实现策略接口；

在上下文类中添加一个成员变量用于保存对于策略对象的引用。然后提供设置器以修改该成员变量。上下文仅可通过策略接口同策略对象进行交互，如有需要还可定义一个接口来让策略访问其数据；

客户端必须将上下文类与相应策略进行关联，使上下文可以预期的方式完成其主要工作。

编程要求

根据提示，在右侧编辑器 Begin-End 内补充代码：

PlayerScore：上下文环境类；

Codepoints：抽象策略；

Codepoints5：5人裁判评分策略类；

Codepoints7：7人裁判评分策略类；

Client：客户端类。

测试说明

平台会对你编写的代码进行测试,第一行给出一个正整数 n（表示裁判人数）和一个实数 k（表示跳水难度系数）。第二行给出 n 个实数（评分成绩），中间以空格进行分隔。输出最后结果，格式为 The final score is XX.XX，保留小数点后两位。

测试输入： 5 2.0 5 5.5 5 5 4.5 预期输出： The final score is 30.00

测试输入： 7 2.0 5 5.5 5 5 4.5 5 5 预期输出： The final score is 30.00