设计模式 – 策略模式

一、问题引出

现在我们有这样一个需求

  1. 有各种鸭子 (比如 野鸭、北京鸭、水鸭等， 鸭子有各种行为，比如 叫、飞行等)
  2. 显示鸭子的信息

传统的方法是使用继承实现

使用继承解决鸭子问题

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package com.atguigu.strategy;

public abstract class Duck {

	public Duck() {
	
	}

	public abstract void display();//显示鸭子信息
	
	public void quack() {
		System.out.println("鸭子嘎嘎叫~~");
	}
	
	public void swim() {
		System.out.println("鸭子会游泳~~");
	}
	
	public void fly() {
		System.out.println("鸭子会飞翔~~~");
	}
	
}

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package com.atguigu.strategy;

public class PekingDuck extends Duck {

	@Override
	public void display() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("~~北京鸭~~~");
	}
	
	//因为北京鸭不能飞翔，因此需要重写fly
	@Override
	public void fly() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("北京鸭不能飞翔");
	}

}

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package com.atguigu.strategy;

public class ToyDuck extends Duck{

	@Override
	public void display() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("玩具鸭");
	}

	//需要重写父类的所有方法
	
	public void quack() {
		System.out.println("玩具鸭不能叫~~");
	}
	
	public void swim() {
		System.out.println("玩具鸭不会游泳~~");
	}
	
	public void fly() {
		System.out.println("玩具鸭不会飞翔~~~");
	}
}

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package com.atguigu.strategy;

public class WildDuck extends Duck {

	@Override
	public void display() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 这是野鸭 ");
	}

}

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package com.atguigu.strategy;

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		//测试
	}

}

但是使用继承时我们会产生一些问题

  1. 其它鸭子，都继承了 Duck 类，所以 fly 让所有子类都会飞了，这是不正确的

  2. 上面说的 1 的问题，其实是继承带来的问题：对类的局部改动，尤其超类的局部改动，会影响其他部分。会有溢出效应

  3. 为了改进 1 问题，我们可以通过覆盖 fly 方法来解决 => 覆盖解决

  4. 问题又来了，如果我们有一个玩具鸭子 ToyDuck,

    这样就需要 ToyDuck 去覆盖 Duck 的所有实现的方法 => 解决思路 -》 策略模式 (strategy pattern)

所以继承的时候会导致有的子类不得不重写全部父类方法的问题, 这样会大大增加代码耦合性

策略模式要做的就是将代码解耦

二、策略模式基本介绍

  1. 策略模式（Strategy Pattern）中，定义算法族（策略组），分别封装起来，让他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

  2. 这算法体现了几个设计原则，

    第一、把变化的代码从不变的代码中分离出来；

    第二、针对接口编程而不是具体类（定义了策略接口) ；

    第三、多用组合/聚合，少用继承（客户通过组合方式使用策略）

从下图可以看到，客户 context 有成员变量 strategy 或者其他的策略接口

需要使用到哪个接口我们可以在每个接口类的构造器中指定

策略模式原理类图

三、策略模式解决鸭子问题

分别封装行为接口，实现算法族，超类里放行为接口对象，在子类里具体设定行为对象。

原则就是：
分离变化部分，封装接口，基于接口编程各种功能。此模式让行为的变化独立于算法的使用者

  1. 在最开始的父类中要定义接口属性

  2. 在下面的每个具体对象子类中通过构造器初始化父类的接口属性

  3. 接口及其具体子类要与对象类分离, 这样可以实现解耦

  4. 接口的子类分别设定接口的具体行为对象

  5. 在每个对象子类的构造器中将接口子类对象赋值给接口属性

  6. 以上步骤形成完整的策略模式, 成功将代码进行接口, 使每个对象子类得到自己想要的方法,

    如需新增则直接在接口子类中添加新类即可, 此为可扩展性

策略模式解决鸭子问题类图

对象类

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package com.atguigu.strategy.improve;

public abstract class Duck {

	//属性, 策略接口
	FlyBehavior flyBehavior;
	//其它属性 <-> 策略接口
	QuackBehavior quackBehavior;
	
	public Duck() {
	
	}

	public abstract void display();//显示鸭子信息
	
	public void quack() {
		System.out.println("鸭子嘎嘎叫~~");
	}
	
	public void swim() {
		System.out.println("鸭子会游泳~~");
	}
	
	public void fly() {
		
		//改进
		if(flyBehavior != null) {
			flyBehavior.fly();
		}
	}

	public void setFlyBehavior(FlyBehavior flyBehavior) {
		this.flyBehavior = flyBehavior;
	}
	
	
	public void setQuackBehavior(QuackBehavior quackBehavior) {
		this.quackBehavior = quackBehavior;
	}
	
	
	
}

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package com.atguigu.strategy.improve;

public class PekingDuck extends Duck {

	//构造器，传入FlyBehavor 的对象
	//假如北京鸭可以飞翔，但是飞翔技术一般
	public PekingDuck() {
		// TODO Auto-generated constructor stub
		flyBehavior = new BadFlyBehavior();
		
	}
	
	@Override
	public void display() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("~~北京鸭~~~");
	}
	
	

}

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package com.atguigu.strategy.improve;

public class ToyDuck extends Duck{

	//构造器，传入FlyBehavor 的对象
	public ToyDuck() {
		// TODO Auto-generated constructor stub
		flyBehavior = new NoFlyBehavior();
	}
	
	@Override
	public void display() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("玩具鸭");
	}

	//需要重写父类的所有方法
	
	public void quack() {
		System.out.println("玩具鸭不能叫~~");
	}
	
	public void swim() {
		System.out.println("玩具鸭不会游泳~~");
	}
	
	
}

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package com.atguigu.strategy.improve;

public class WildDuck extends Duck {

	
	//构造器，传入FlyBehavor 的对象
	public  WildDuck() {
		// TODO Auto-generated constructor stub
		flyBehavior = new GoodFlyBehavior();
	}
	
	
	@Override
	public void display() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 这是野鸭 ");
	}

}

接口类

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package com.atguigu.strategy.improve;

public interface FlyBehavior {
	
	void fly(); // 子类具体实现
}

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package com.atguigu.strategy.improve;

public class BadFlyBehavior implements FlyBehavior {

	@Override
	public void fly() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 飞翔技术一般 ");
	}

}

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package com.atguigu.strategy.improve;

public class GoodFlyBehavior implements FlyBehavior {

	@Override
	public void fly() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 飞翔技术高超 ~~~");
	}

}

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package com.atguigu.strategy.improve;

public class NoFlyBehavior implements FlyBehavior{

	@Override
	public void fly() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 不会飞翔  ");
	}

}

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package com.atguigu.strategy.improve;

public interface QuackBehavior {
	void quack();//子类实现
    // 有时间自己写, 与飞行方法类似
}

调用类

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package com.atguigu.strategy.improve;

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		WildDuck wildDuck = new WildDuck();
		wildDuck.fly();//
		
		ToyDuck toyDuck = new ToyDuck();
		toyDuck.fly();
		
		PekingDuck pekingDuck = new PekingDuck();
		pekingDuck.fly();
		
		//动态改变某个对象的行为, 北京鸭 不能飞
		pekingDuck.setFlyBehavior(new NoFlyBehavior());
		System.out.println("北京鸭的实际飞翔能力");
		pekingDuck.fly();
	}

}

四、策略模式在 JDK-Arrays 应用的源码分析

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package com.atguigu.jdk;

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
		
public class Strategy {
	public static void main(String[] args) {

		// TODO Auto-generated method stub
		//数组
				Integer[] data = { 9, 1, 2, 8, 4, 3 };
		// 实现降序排序，返回-1 放左边，1 放右边，0 保持不变
		// 说明
		// 1. 实现了 Comparator 接口（策略接口） , 匿名类 对象 new Comparator<Integer>(){..}
		// 2. 对象 new Comparator<Integer>(){..} 就是实现了 策略接口 的对象
		// 3. public int compare(Integer o1, Integer o2){} 指定具体的处理方式
		Comparator<Integer> comparator = new Comparator<Integer>() {
			public int compare(Integer o1, Integer o2) {
				if (o1 > o2) {
					return -1;
				} else {
					return 1;
				}
			};
		};
		// 说明
		/*
		* public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
            if (c == null) {
            	sort(a); //默认方法
            } else {
                if (LegacyMergeSort.userRequested)
                legacyMergeSort(a, c); //使用策略对象 c
                else
                // 使用策略对象 c
                TimSort.sort(a, 0, a.length, c, null, 0, 0);
            }
		}
		*/
		//方式 1
		Arrays.sort(data, comparator);
		System.out.println(Arrays.toString(data)); // 降序排序
		//方式 2- 同时 lambda 表达式实现 策略模式
		Integer[] data2 = { 19, 11, 12, 18, 14, 13 };
		Arrays.sort(data2, (var1, var2) -> {
			if(var1.compareTo(var2) > 0) {
				return -1;
			} else {
				return 1;
			}
		});
		System.out.println("data2=" + Arrays.toString(data2));
	}

}

五、细节

  1. 策略模式的关键是：分析项目中变化部分与不变部分
  2. 策略模式的核心思想是：多用组合/聚合 少用继承；用行为类组合，而不是行为的继承。更有弹性
  3. 体现了 “对修改关闭，对扩展开放” 原则，客户端增加行为不用修改原有代码，只要添加一种策略（或者行为）即可，避免了使用多重转移语句（if..else if..else）
  4. 提供了可以替换继承关系的办法： 策略模式将算法封装在独立的 Strategy 类中使得你可以独立于其 Context 改变它，使它易于切换、易于理解、易于扩展
  5. 需要注意的是：每添加一个策略就要增加一个类，当策略过多是会导致类数目庞大