一、什么是Strategy模式

Strategy的意思是“策略”，指的是与敌军对垒时行军作战的方法。在编程中，我们可以将它理解为“算法”。无论什么程序，其目的都是解决问题。而为了解决问题，我们又需要编写特定的算法。使用Strategy模式可以整体地替换算法的实现部分，能让我们轻松地以不同的算法去解决同一个问题，这种模式就是Strategy模式。

用一句话概况：可以整体地替换算法。

二、Strategy模式示例代码

这段示例程序的功能是让电脑玩“猜拳”游戏。

我们考虑了两种猜拳的策略。第一种策略是“如果这局猜拳获胜，那么下一局也出一样的手势”( WinningStrategy)，这是一种稍微有些笨的策略;另外一种策略是“根据上一局的手势从概率上计算出下一局的手势”( ProbStrategy )。

2.1 各个类之间的关系

先看一下所有的类和接口：

再看一下类图：

2.2 Hand类

Hand类的实例可以通过使用类方法 getHand来获取。只要将表示手势的值作为参数传递给getHand方法，它就会将手势的值所对应的Hand类的实例返回给我们。这也是一种 Singleton模式。

public class Hand {

    //石头的值为0
    public static final int HANDVALUE_SHITOU = 0;
    //剪刀的值为1
    public static final int HANDVALUE_JIANDAO = 1;
    //布的值为2
    public static final int HANDVALUE_BU = 2;

    //三种手势的实例
    public static final Hand[] hand = {
            new Hand(HANDVALUE_SHITOU),
            new Hand(HANDVALUE_JIANDAO),
            new Hand(HANDVALUE_BU)
    };

    //手势对应的字符串
    private static final String []name = {
            "石头", "剪刀", "布"
    };

    //猜拳中出的手势的值
    private int handValue;

    private Hand(int handValue) {
        this.handValue = handValue;
    }

    //根据手势的值获取对应的实例
    public static Hand getHand(int handValue) {
        return hand[handValue];
    }

    //如果this胜了h返回true
    public boolean isStrongerThan(Hand h) {
        return fight(h)==1;
    }

    //如果this输了h返回true
    public boolean isWeakerThan(Hand h) {
        return fight(h)==-1;
    }

    //实际用来判断胜负的方法：平0分，胜1分，输-1分
    private int fight(Hand h) {
        if (this == h) {
            return 0;
        } else if ((this.handValue+1)%3 == h.handValue) {
            return 1;
        } else {
            return -1;
        }
    }

    public String toString() {
        return name[handValue];
    }
}

2.3 Strategy接口

定义了猜拳策略的抽象方法的接口。

public interface Strategy {
    /**
     * 获取下一局要出的手势
     */
    public abstract Hand nextHand();

    /**
     * 学习上一局的手势是否获胜了，为下一次出什么手势提供依据
     * @param win 上一局是否获胜
     */
    public abstract void study(boolean win);
}

2.4 WinningStrategy类

实现的猜拳策略 WinningStrategy。

/**
 * 该类的猜拳策略有些笨。如果上一局的手势获胜了，则下一局的手势就与上局相同；如果上一局的手势输了，则下一局就随机出手势。
 */
public class WinningStrategy implements Strategy{

    private Random random;
    //保存了上一局猜拳的输赢结果
    private boolean won = false;
    //上一局出的手势
    private Hand prevHand;

    public WinningStrategy(int seed) {
        random = new Random(seed);
    }

    @Override
    public Hand nextHand() {
        if (!won) {
            prevHand = Hand.getHand(random.nextInt(3));
        }
        return prevHand;
    }

    @Override
    public void study(boolean win) {
        won = win;
    }
}

2.5 ProbStrategy类

实现的猜拳策略 ProbStrategy。

public class ProbStrategy implements Strategy{

    private Random random;
    private int prevHandValue = 0;
    private int currentHandValue = 0;

    /**
     * history[上一局出的手势][这一局所出的手势]
     * 这个表达式的值越大，表示过去的胜率越高。下面稍微详细讲解下：
     * 假设我们上一局出的是石头。
     * history[0][0]两局分别出石头、石头时胜了的次数
     * history[0][1]两局分别出石头、剪刀时胜了的次数
     * history[0][2]两局分别出石头、布时胜了的次数
     */
    private int[][] history = {
            {1, 1, 1, },
            {1, 1, 1, },
            {1, 1, 1, },
    };

    public ProbStrategy(int seed) {
        random = new Random(seed);
    }

    /**
     * 那么，我们就可以根据 history[0][0]、history[0][1]、history[0][2]这3个表达式的值从概率上计算出下一局出什么。
     * 简而言之，就是先计算3个表达式的值的和 (getSum方法)，然后再从0与这个和之间取一个随机数，并据此决定下一局应该出什么( nextHand方法)。
     * 例如，如果
     * history[0][0]是3
     * history[0][1]是5
     * history[0][2]是7
     * 那么，下一局出什么就会以石头、剪刀和布的比率为3:5:7来决定。然后在0至15（不含15，15是3+5+7的和)之间取一个随机数。
     */
    @Override
    public Hand nextHand() {
        int bet = random.nextInt(getSum(currentHandValue));
        int handvalue = 0;
        if (bet < history[currentHandValue][0]) {
            handvalue = 0;
        } else if (bet < history[currentHandValue][0] + history[currentHandValue][1]) {
            handvalue = 1;
        } else {
            handvalue = 2;
        }
        prevHandValue = currentHandValue;
        currentHandValue = handvalue;
        return Hand.getHand(handvalue);
    }

    /**
     * study方法会根据nextHand方法返回的手势的胜负结果来更新history字段中的值。
     * @param win 上一局是否获胜
     */
    @Override
    public void study(boolean win) {
        if (win) {
            history[prevHandValue][currentHandValue]++;
        } else {
            history[prevHandValue][(currentHandValue+1)%3]++;
            history[prevHandValue][(currentHandValue+2)%3]++;
        }
    }

    private int getSum(int hv) {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            sum += history[hv][i];
        }
        return sum;
    }
}

2.6 Play类

Player类是表示进行猜拳游戏的选手的类。

nextHand方法是用来获取下一局手势的方法，不过实际上决定下一局手势的是各个策略。Player类的nextHand方法的返回值其实就是策略的nextHand方法的返回值。nextHand方法将自己的工作委托给了strategy，这就形成了一种委托关系。

在决定下一局要出的手势时，需要知道之前各局的胜(win)、负(lose)、平(even)等结果，因此Player类会通过strategy字段调用study方法，然后study方法会改变策略的内部状态。wincount、losecount 和 gamecount用于记录选手的猜拳结果。

public class Player {
    //选手姓名
    private String name;
    //选手所选策略
    private Strategy strategy;

    //选手猜拳结果
    private int wincount;
    private int losecount;
    private int gamecount;

    public Player(String name, Strategy strategy) {
        this.name = name;
        this.strategy = strategy;
    }

    //获取下一局手势，实际上决定下一局手势的是各个策略，nextHand方法仅仅是获取
    public Hand nextHand() {
        return strategy.nextHand();
    }

    //胜
    public void win() {
        strategy.study(true);
        wincount++;
        gamecount++;
    }

    //负
    public void lose() {
        strategy.study(false);
        losecount++;
        gamecount++;
    }

    //平
    public void even() {
        gamecount++;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "[" + name + ":" + gamecount + "games," + wincount + "win," + losecount + "lose" + "]";
    }
}

2.7 用于测试的Main类

这里Main类让以下两位选手进行10 000局比赛，然后显示比赛结果：

姓名:"Taro"、策略:WinningStrategy
姓名: "Hana"、策略:ProbStrategy

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        if (args.length != 2) {
            System.out.println("Usage: java Main randomseed1 randomseed2");
            System.out.println("Example: java Main 314 15");
            System.exit(0);
        }
        int seed1 = Integer.parseInt(args[0]);
        int seed2 = Integer.parseInt(args[1]);
        Player player1 = new Player("Taro", new WinningStrategy(seed1));
        Player player2 = new Player("Hana", new ProbStrategy(seed2));
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Hand nextHand1 = player1.nextHand();
            Hand nextHand2 = player2.nextHand();
            if (nextHand1.isStrongerThan(nextHand2)) {
                System.out.println("Winner:" + player1);
                player1.win();
                player2.lose();
            } else if (nextHand2.isStrongerThan(nextHand1)) {
                System.out.println("Winner:" + player2);
                player1.lose();
                player2.win();
            } else {
                System.out.println("Even...");
                player1.even();
                player2.even();
            }
        }
        System.out.println("Total result:");
        System.out.println(player1.toString());
        System.out.println(player2.toString());
    }
}

三、拓展思路的要点

3.1 为什么需要特意编写Strategy 角色

通常在编程时算法会被写在具体方法中。Strategy模式却特意将算法与其他部分分离开来，只是定义了与算法相关的接口(API )，然后在程序中以委托的方式来使用算法。

这样看起来程序好像变复杂了，其实不然。例如，当我们想要通过改善算法来提高算法的处理速度时，如果使用了Strategy模式，就不必修改Strategy角色的接口(API)了，仅仅修改ConcreteStrategy 角色即可。

而且，使用委托这种弱关联关系可以很方便地整体替换算法。例如,如果想比较原来的算法与改进后的算法的处理速度有多大区别，简单地替换下算法即可进行测试。

例如，使用Strategy模式编写象棋程序时，可以方便地根据棋手的选择切换AI例程的水平。

3.2 程序运行中也可以切换策略

如果使用Strategy模式，在程序运行中也可以切换ConcreteStrategy 角色。例如，在内存容量少的运行环境中可以使用slowButLessMemorystrategy(速度慢但省内存的策略),而在内存容量多的运行环境中则可以使用FastButMoreMemorystrategy（速度快但耗内存的策略)。

此外，还可以用某种算法去“验算”另外一种算法。例如，假设要在某个表格计算软件的开发版本中进行复杂的计算。这时，我们可以准备两种算法，即“高速但计算上可能有Bug的算法”和“低速但计算准确的算法”，然后让后者去验算前者的计算结果。