【设计模式】（21）策略模式

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策略模式（Strategy Pattern）教程

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一、模式定义

策略模式定义一系列算法族，将每个算法封装成独立类，并使它们可以相互替换。
核心目标：解耦算法的定义与使用，使算法能独立于客户端变化，消除复杂的条件判断。

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二、适用场景

1. 多算法切换：系统需要在多种算法中动态选择（如排序、加密、压缩算法）。
2. 替代条件分支：消除代码中大量的 if-else 或 switch-case 语句。
3. 扩展性需求：需要灵活添加新算法而不影响已有代码。
4. 算法复用：多个类共享相同算法的不同实现。

典型应用：

• 支付方式选择（支付宝、微信、信用卡）。
• 导航策略（最短路径、最快路径、避开高速）。
• 数据格式化（JSON、XML、CSV）。

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三、模式结构

角色说明

1. 策略接口（Strategy）
   定义算法的公共接口（如 execute()）。
2. 具体策略（Concrete Strategy）
   实现策略接口的具体算法类。
3. 上下文类（Context）
   持有策略对象的引用，负责调用策略算法，可动态切换策略。

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四、代码案例

案例1：支付系统策略

根据用户选择调用不同的支付方式。

步骤1：定义策略接口

public interface PaymentStrategy {
    void pay(double amount);
}

步骤2：实现具体策略

// 支付宝支付
public class AlipayStrategy implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.printf("支付宝支付：%.2f元\n", amount);
    }
}

// 微信支付
public class WechatPayStrategy implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.printf("微信支付：%.2f元\n", amount);
    }
}

// 信用卡支付
public class CreditCardStrategy implements PaymentStrategy {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.printf("信用卡支付：%.2f元\n", amount);
    }
}

步骤3：实现上下文类

public class PaymentContext {
    private PaymentStrategy strategy;

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

    public void executePayment(double amount) {
        if (strategy != null) {
            strategy.pay(amount);
        } else {
            System.out.println("请选择支付方式");
        }
    }
}

步骤4：客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        PaymentContext context = new PaymentContext();
        
        // 用户选择支付宝
        context.setStrategy(new AlipayStrategy());
        context.executePayment(100.50);  // 输出：支付宝支付：100.50元
        
        // 切换为微信支付
        context.setStrategy(new WechatPayStrategy());
        context.executePayment(200.00);  // 输出：微信支付：200.00元
    }
}

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案例2：数据压缩策略

动态选择压缩算法（ZIP、RAR、7z）。

步骤1：策略接口与实现

public interface CompressionStrategy {
    void compress(String file);
}

public class ZipStrategy implements CompressionStrategy {
    @Override
    public void compress(String file) {
        System.out.println("使用ZIP压缩：" + file);
    }
}

public class RarStrategy implements CompressionStrategy {
    @Override
    public void compress(String file) {
        System.out.println("使用RAR压缩：" + file);
    }
}

步骤2：上下文类

public class CompressionContext {
    private CompressionStrategy strategy;

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

    public void compressFile(String file) {
        strategy.compress(file);
    }
}

步骤3：客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CompressionContext context = new CompressionContext();
        context.setStrategy(new ZipStrategy());
        context.compressFile("data.csv");  // 输出：使用ZIP压缩：data.csv
    }
}

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五、策略模式 vs 工厂模式

对比项	策略模式	工厂模式
核心目标	动态切换算法	创建对象
关注点	行为（如何做）	创建（谁来创建）
对象关系	上下文持有策略对象	工厂生产对象
典型应用	支付方式、压缩算法	数据库连接、日志记录器

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六、常见问题

1. 如何管理策略对象的创建？

   • 结合工厂模式或依赖注入框架（如Spring）管理策略实例。

2. 策略模式是否会导致类数量增加？

   • 是的，但每个策略类职责单一，符合单一职责原则。

3. 如何选择默认策略？

   • 在上下文中初始化默认策略，或由客户端显式设置。

4. 策略模式如何支持算法参数传递？

   • 在策略接口方法中定义参数（如 execute(data)）。

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七、习题练习

基础题

实现一个 计算器，支持加减乘除策略的动态切换。

提高题

设计一个 文件上传系统，支持根据网络状况动态切换上传策略（普通上传、分块上传、断点续传）。

思考题

在微服务架构中，如何结合策略模式实现不同服务间的容错机制（如重试、熔断、降级）？

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八、推荐拓展

1. 框架级应用：

   • Java Comparator 接口：通过策略模式实现自定义排序规则。
   • Spring ResourceLoader：根据策略加载不同资源（类路径、文件系统、URL）。

2. 设计模式组合：

   • 结合策略模式与模板方法模式，定义算法骨架并允许步骤自定义。
   • 结合策略模式与装饰器模式，动态叠加算法功能。

3. 性能优化：

   • 使用享元模式共享无状态策略对象。
   • 通过缓存频繁使用的策略实例减少对象创建开销。

4. 实际项目应用：

   • 电商促销系统（满减、折扣、赠品等优惠策略）。
   • 机器学习模型选择（根据不同数据特征选择最佳算法）。

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通过本教程，你可以掌握策略模式在算法管理和动态切换中的核心技巧，并能够灵活应用于需要多方案选择的业务场景。若有疑问或需要代码调试，欢迎随时交流！