策略模式
什么是策略模式?
策略模式(Strategy Pattern)是一种行为设计模式,它定义了一系列算法,并将每个算法封装起来,使它们可以互换。
策略模式使得算法可以在不影响客户端的情况下发生变化。策略模式主要解决的是在有多种算法相似的情况下,使用if…else或者switch…case来选择具体算法的问题。
策略模式构成
- 策略接口:定义了所有支持的算法的公共接口。
- 具体策略类:实现了策略接口,封装了具体的算法。
- 上下文类:使用一个具体策略来完成所要的行为。
优缺点
- 优点
- 易于扩展:增加新算法时,只需要新增具体策略类,不需要修改已有的代码,符合开闭原则。
- 消除冗长的条件判断语句:通过策略类的替换,避免了大量的if…else或switch…case语句。
- 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。
- 增加了系统中类的数量,每个具体策略都会产生一个新的类。
与工厂模式的区别
-
关注点不同:
-
策略模式:
关注的是行为的替换和变化。通过策略模式,可以在运行时改变行为,而不需要修改客户端代码。 强调的是行为的选择和变化,而不是对象的创建。
-
工厂模式:
关注的是对象的创建和实例化。通过工厂模式,可以将对象的创建过程封装起来,从而让客户端代码不依赖具体的类。强调的是创建产品对象的过程
-
-
结构不同
-
策略模式:
包含一个上下文类(Context),多个策略接口(Strategy),以及策略接口的具体实现类(ConcreteStrategy)。
客户端通常会持有一个上下文对象,并在上下文对象中设置或传递具体的策略对象。 -
工厂模式:
包含一个工厂接口(或抽象类),具体工厂类(ConcreteFactory),以及创建的产品类(Product)。
工厂模式有几种变体,如简单工厂、工厂方法和抽象工厂。不同的变体有不同的结构和用法。
-
策略模式正篇
之所以这个章节才称为正篇,是因为上面的一堆总结并不能真正让人理解策略模式,除非你已经很懂策略模式了。
接下来我希望用更简单的方式,用说人话的方式来讲清楚什么是策略模式。
故事要从朋友的一句话说起,策略模式不就是高级的if-else嘛。
知识点回顾
要弄清楚策略模式的本质,其实还是要回到最开始学习java面向对象的时候,万物皆对象,面向对象的三大特征: 封装、继承、多态。
场景案例
继续请出工厂模式中的牛马们来举例。
现在有 猫、狗、2种动物,都被圈养在动物园中,他们各自的介绍方式都不一样,但是都用腿走两步,在动物园我们可以召唤猫、狗、来观看他们自我介绍和走的行为
- 案例UML类图
Abstract抽象类
1,动物父类(Animal)
由于猫、狗、是动物,有相同地走的行为,所以可以抽象出一个Abstract Animal动物类,然后让猫、狗继承这个动物类。
因为走的行为是相同的,所以在父类中直接进行了方法的具体实现,而自我介绍的方式各不一样,所以定义了一个抽象的方法,由子类去具体实现。
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:06
* @Description: 动物类:别总牛马牛马的称呼,人家学名叫动物
*/
public abstract class Animal {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 每种动物 都要进自我介绍,由子类去具体实现
* @Date: 2024/7/31 16:10
* @Param:
* @return: void
**/
public abstract void speak();
/**
* @Author: javafa
* @Description: 所有动物都有相同的行为特征:走两步
* @Date: 2024/7/31 16:09
* @Param:
* @return: void
**/
public void walk() {
System.out.println("没事儿走两步");
}
}
2,具体动物实现类
- 猫—喵喵喵
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:24
* @Description: 动物-猫
*/
public class Cat extends Animal{
@Override
public void speak() {
System.out.println("喵新人说:喵喵喵!");
}
}
- 狗—旺旺旺
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:24
* @Description: 动物-大黄狗
*/
public class Dog extends Animal{
/**
* @Author: javafa
* @Description: 旺财说
* @Date: 2024/7/31 16:38
* @Param:
* @return: void
**/
@Override
public void speak() {
System.out.println("旺财说:汪汪汪!");
}
}
3,动物园
动物园里可以通过动物类型来召唤任何一种动物,去观察自我介绍和走两步的行为。
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:04
* @Description: 牛马们所在的动物园
*/
public class Zoo {
Animal animal;//动物父类
/**
* @Author: javafa
* @Description: 通过动物类型,来召唤(实例化)不同的动物
* @Date: 2024/7/31 17:19
* @Param: animalType
* @return:
**/
public Zoo(String animalType) {
if (animalType.equals("dog")) {
animal = new Dog();
} else if (animalType.equals("cat")) {
animal = new Cat();
}
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 查看动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:22
* @Param:
* @return: void
**/
public void show() {
animal.speak();
animal.walk();
}
}
4,调用测试
/**
* @Author: javafa
* @Description: 调用测试:查看动物园动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:24
* @Param:
* @return: void
**/
@Test
public void ZooShowTest(){
//看看喵星人
Zoo zoo = new Zoo("cat");
zoo.show();
}
运行结果:
总结下,我们定义了抽象类Animal,然后定义了2个具体的猫(Cat)、狗(Dog)、继承Animal类,将相同的行为 走两步(walk) 在父类中直接实现,
而不同方式的自我介绍(speak)定义为抽象abstract方法,由子类去具体实现。
如果动物园中又来了牛啊,马啊,在Zoo中继续添加if-else就行了,如果来100个动物呢,
- 修改100次?——> 就修改100次,写100个if-else,代码很清晰。
- 那违反了开闭原则?——> 原则也不是必须的,代码很健壮
直到动物园来了一个团宠,小海豚,他只能游两步,没法走两步了,当然也简单,让海豚继承Animal后,我们可以体现多态性去重写Animal的walk方法。
- 小海豚
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 10:26
* @Description: 动物-小海豚
*/
public class Dolphin extends Animal{
@Override
public void speak() {
System.out.println("我是小海豚,我会海豚音!");
}
@Override
public void walk() {
System.out.println("我是小海豚,我不会走两步,我可以游两步!");
}
}
- 扩展Zoo
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:04
* @Description: 牛马们所在的动物园
*/
public class Zoo {
Animal animal;//动物父类
/**
* @Author: javafa
* @Description: 通过动物类型,来召唤(实例化)不同的动物
* @Date: 2024/7/31 17:19
* @Param: animalType
* @return:
**/
public Zoo(String animalType) {
if (animalType.equals("dog")) {
animal = new Dog();
} else if (animalType.equals("cat")) {
animal = new Cat();
} else if (animalType.equals("dolphin")){
animal = new Dolphin();
}
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 查看动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:22
* @Param:
* @return: void
**/
public void show() {
animal.speak();
animal.walk();
}
}
- 调用测试
import com.fivemillion.algorithm.designpatterns.strategy.case2.Zoo;
import org.junit.jupiter.api.Test;
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/30 16:04
* @Description: 调用测试
*/
public class StrategyTest {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 调用测试:查看动物园动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:24
* @Param:
* @return: void
**/
@Test
public void ZooShowTest(){
//看看小海豚
Zoo zoo = new Zoo("dolphin");
zoo.show();
}
}
- 运行结果:
我们通过重写walk方法,成功解决了团宠-小海豚不能走两步的问题,如果动物园又来了小蜜蜂封,他也不能走两步,他只能飞两步,我们还得重写walk方法,
随着小动物的增多,和行为的增多,代码里全是没法共用的重写,显然通过继承没法 解决这个问题了。
总结一下继承Animal带来的问题
- 对于walk这种行为,如果定义抽象方法,那么像猫、狗等有相同走两步的动物,也要去实现walk,并且代码是相同的,就会导致大量重复代码,无法复用。
- 如果在父类中定义具体实现,具有不同行为的动物自己去重写,如小海豚,小蜜蜂,小海星,会导致大量的重写,而且小海豚,小海豹,小海狮他们的走两步都是通过
游的方式,这部分重复的行为代码又无法复用。 - 如果我们继续增加一个吐泡泡的行为,那么父类Animal和所有的子类都要进行修改,即使有些动物并不能完成这个行为。
Interface接口
接下来看看java中接口如何解决这个问题。如果我们把走两步的行为抽象成接口Walk,那么对于猫、狗就可以实现这个接口,而小海豚不用实现这个接口。
把吐泡泡的行为抽象成接口Bubble,那么只有拥有吐泡泡行为能力小海豚来实现这个接口,以后来了小海狮也可以实现这个接口,而其他动物没有这个能力就不用实现了。
-
接口方式UML类图
Walk接口
定义走的接口方法
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 13:24
* @Description: 走的接口
*/
public interface Walk {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 走两步的方法
* @Date: 2024/8/1 13:25
* @Param:
* @return: void
**/
void walk();
}
Bubble接口
定义吐泡泡的接口方法
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 13:24
* @Description: 吐泡泡的接口
*/
public interface Bubble {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 吐泡泡的方法
* @Date: 2024/8/1 13:25
* @Param:
* @return: void
**/
void bubble();
}
Animal抽象类
只保留所有动物都有的自我介绍的speak抽象方法
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:06
* @Description: 动物类:别总牛马牛马的称呼,人家学名叫动物
*/
public abstract class Animal {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 每种动物 都要进自我介绍,由子类去具体实现
* @Date: 2024/7/31 16:10
* @Param:
* @return: void
**/
public abstract void speak();
}
Dog类
继承Animal抽象类实现speak方法,实现Walk接口的walk方法
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:24
* @Description: 动物-大黄狗
*/
public class Dog extends Animal implements Walk{
/**
* @Author: zhaozuofa
* @Description: 旺财说
* @Date: 2024/7/31 16:38
* @Param:
* @return: void
**/
@Override
public void speak() {
System.out.println("旺财说:汪汪汪!");
}
@Override
public void walk() {
System.out.println("没事儿走两步");
}
}
Cat类
继承Animal抽象类实现speak方法,实现Walk接口的walk方法
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:24
* @Description: 动物-猫
*/
public class Cat extends Animal implements Walk{
@Override
public void speak() {
System.out.println("喵新人说:喵喵喵!");
}
@Override
public void walk() {
System.out.println("没事儿走两步");
}
}
Dolphin类
继承Animal抽象类实现speak方法,实现Bubble接口的bubble方法
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 10:26
* @Description: 动物-小海豚
*/
public class Dolphin extends Animal implements Bubble{
@Override
public void speak() {
System.out.println("我是小海豚,我会海豚音!");
}
@Override
public void bubble() {
System.out.println("我是小海豚,我会吐泡泡!");
}
}
Zoo类
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:04
* @Description: 牛马们所在的动物园
*/
public class Zoo {
Animal animal;//动物父类
/**
* @Author: javafa
* @Description: 通过动物类型,来召唤(实例化)不同的动物
* @Date: 2024/7/31 17:19
* @Param: animalType
* @return:
**/
public Zoo(String animalType) {
if (animalType.equals("dog")) {
animal = new Dog();
} else if (animalType.equals("cat")) {
animal = new Cat();
} else if (animalType.equals("dolphin")){
animal = new Dolphin();
}
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 查看动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:22
* @Param:
* @return: void
**/
public void show() {
animal.speak();
if(animal instanceof Dolphin){
//有请小海豚表演
Dolphin dolphin = (Dolphin) animal;
dolphin.bubble();//小海豚吐泡泡
}
}
}
调用测试
欣赏小海豚的表演
import com.fivemillion.algorithm.designpatterns.strategy.case3.Zoo;
import org.junit.jupiter.api.Test;
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/30 16:04
* @Description: 调用测试
*/
public class StrategyTest {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 调用测试:查看动物园动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:24
* @Param:
* @return: void
**/
@Test
public void ZooShowTest(){
//看看小海豚
Zoo zoo = new Zoo("dolphin");
zoo.show();
}
}
运行结果
总结一下,我们虽然将自我介绍speak、走两步walk、吐泡泡bubble等行为,通过继承和实现给隔离分开,保证了没有某种行为的动物不必去拥有这项行为,如小海豚
不再走两步walk,阿猫阿狗不再吐泡泡bubble。但是对于walk接口来说,阿猫,阿狗走两步的行为是相同的,如果后续动物园来了100个动物也都是有走两步的行为,
我们就得写100次walk方法,导致这些代码无法复用,如果walk方法突然增加了一个参数,我们就要修改100个地方,继承中的问题仍然没有被解决。
导致我们如此纠结的本质原因是,对于walk来说,这是个不确定的行为,有的动物有,有的动物没有,甚至走两步也有不同的方式,有的动物用2条腿走,
有的动物用4条腿走,有的动物用8条腿走,万幸的是策略模式刚好可以解决这个问题。
策略模式
我们再来读一遍策略模式的定义:策略模式(Strategy Pattern)是一种行为设计模式,它定义了一系列算法,并将每个算法封装起来,使它们可以互换。
策略模式使得算法可以在不影响客户端的情况下发生变化。
回顾下设计原则核心思想
- 针对接口编程,而不是针对实现编程 。
- 将应用中可能需要变化的代码和不需要变化的代码分开独立。
- 都是为了交互对象间解耦合而操心。
针对接口编程,而不是针对实现编程,核心在于Animal类,walk走的行为应该作为一个Animal的变量,当然这个变量可以是接口Interface,也可以是抽象类Abstract,
实现了Animal类的子类,可以动态的选择为这个变量赋值去实现某个行为,如狗类中,就可以赋值4条腿去走,猫类中就可以赋值2条腿去走,小海豚就可以赋值不走,而走两步walk
和具体几条腿走就是策略模式的定义中被称为的“一些列算法”之一的算法,我们的赋值就是所谓的“互换”。这样就能使子类不是只绑定死某个接口或抽象类。
-
走两步的UML类图
针对Walk走两步的接口,我们进行了具体的实现,NonLegsWalk(没腿走)、TwoLegsWalk(2条腿走)、FourLegsWalk(4条腿走),如果后续有动物8条腿走,100条腿走
我们都可以达到灵活扩展,并且不会影响已有的实现。
Walk接口
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 13:24
* @Description: 走的接口
*/
public interface Walk {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 走两步的方法
* @Date: 2024/8/1 13:25
* @Param:
* @return: void
**/
void walk();
}
没有腿走路-NonLegsWalk
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 16:11
* @Description: 走两步的具体实现类-没有腿走路
*/
public class NonLegsWalk implements Walk{
@Override
public void walk() {
System.out.println("我没腿,我不走路!");
}
}
2条腿走路-TwoLegsWalk
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 16:11
* @Description: 走两步的具体实现类-2条腿走路
*/
public class TwoLegsWalk implements Walk{
@Override
public void walk() {
System.out.println("我用2条腿走路!");
}
}
4条腿走路-FourLegsWalk
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 16:11
* @Description: 走两步的具体实现类-4条腿走路
*/
public class FourLegsWalk implements Walk{
@Override
public void walk() {
System.out.println("我用4条腿走路!");
}
}
Animal
Animal中我们将走两步的行为Walk被声明为接口类型的变量,在构造函数中初始化,由子类选择具体地走两步的实现方式,即接口的最终实现类
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:06
* @Description: 动物类:别总牛马牛马的称呼,人家学名叫动物
*/
public abstract class Animal {
//走两步的行为被声明为接口类型的变量,在构造函数中初始化,由子类选择具体的走两步的实现方式,即接口的最终实现类
public Walk walkObj;
/**
* @Author: javafa
* @Description: 由子类去具体选择用什么方式进行走两步
* @Date: 2024/8/1 16:41
* @Param: walkImpl
* @return:
**/
Animal(Walk walkImpl){
this.walkObj = walkImpl;
}
protected Animal() {
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 每种动物 都要进自我介绍,由子类去具体实现
* @Date: 2024/7/31 16:10
* @Param:
* @return: void
**/
public abstract void speak();
/**
* @Author: zhaozuofa
* @Description: 实现walk方法,具体是由2条腿,4条腿等哪种walk实现来调用,依赖构造中的walkImpl具体实现
* @Date: 2024/8/1 17:06
* @Param:
* @return: void
**/
public void walk(){
if(walkObj != null){
walkObj.walk();
}
}
}
Dolphin-小海豚
小海豚不会走两步,我们看Dolphin怎么做,其实什么也不做,对于Animal中接口类型的walk变量,子类不具备走两步的行为,不理会就行了,你怎么修改都对我没影响
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 10:26
* @Description: 动物-小海豚
*/
public class Dolphin extends Animal implements Bubble {
@Override
public void speak() {
System.out.println("我是小海豚,我会海豚音!");
}
@Override
public void bubble() {
System.out.println("我是小海豚,我会吐泡泡!");
}
}
- 动物园-Zoo
动物园中我们可以正常展示动物的行为,自我介绍和走两步
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:04
* @Description: 牛马们所在的动物园
*/
public class Zoo {
Animal animal;//动物父类
/**
* @Author: javafa
* @Description: 通过动物类型,来召唤(实例化)不同的动物
* @Date: 2024/7/31 17:19
* @Param: animalType
* @return:
**/
public Zoo(String animalType) {
if (animalType.equals("dog")) {
animal = new Dog();
} else if (animalType.equals("cat")) {
animal = new Cat();
} else if (animalType.equals("dolphin")){
animal = new Dolphin();
}
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 查看动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:22
* @Param:
* @return: void
**/
public void show() {
animal.speak();
animal.walk();
}
}
- 调用示例
import com.fivemillion.algorithm.designpatterns.strategy.case4.Zoo;
import org.junit.jupiter.api.Test;
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/30 16:04
* @Description: 调用测试
*/
public class StrategyTest {
/**
* @Author: javafa
* @Description: 调用测试:查看动物园动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:24
* @Param:
* @return: void
**/
@Test
public void ZooShowTest(){
//看看小海豚
Zoo zoo = new Zoo("dolphin");
zoo.show();
}
}
- 执行结果
虽然在动物园的show()方法中,我们任然调用了animal.walk(); 但是由于Dolphin中我们并没有为父类的的Animal的walkObj变量赋值,
所以Dolphin中walk()方法中,walkObj为null,所以不会调用walk()方法,所以不会走两步。
当然我们也可以通过为父类的walkObj变量赋值,来让Dolphin走两步,因为我们强大到预判了这类没腿的动物,预留了NonLegsWalk类,只需要稍稍修改Dolphin
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/8/1 10:26
* @Description: 动物-小海豚
*/
public class Dolphin extends Animal implements Bubble {
public Dolphin() {
//实现小海豚走两步的行为
walkObj = new NonLegsWalk();
}
@Override
public void speak() {
System.out.println("我是小海豚,我会海豚音!");
}
@Override
public void bubble() {
System.out.println("我是小海豚,我会吐泡泡!");
}
}
- 运行结果
有一天,小海豚苦练走两步的技能,用他的鳍也可以走起来了,这时我们希望能动态的设置走两步,而不是在Dolphin的构造中写死走两步的实现类,其实也很简单,
为Animal的walkObj变量提供一个set方法,让外部可以去动态的设置走两步的实现类就行了
- Animal
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:06
* @Description: 动物类:别总牛马牛马的称呼,人家学名叫动物
*/
public abstract class Animal {
//走两步的行为被声明为接口类型的变量,在构造函数中初始化,由子类选择具体的走两步的实现方式,即接口的最终实现类
public Walk walkObj;
//提供set方法,可以更灵活的动态设置走两步的实现
public void setWalkObj(Walk walkObj) {
this.walkObj = walkObj;
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 由子类去具体选择用什么方式进行走两步
* @Date: 2024/8/1 16:41
* @Param: walkImpl
* @return:
**/
Animal(Walk walkImpl){
this.walkObj = walkImpl;
}
protected Animal() {
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 每种动物 都要进自我介绍,由子类去具体实现
* @Date: 2024/7/31 16:10
* @Param:
* @return: void
**/
public abstract void speak();
/**
* @Author: zhaozuofa
* @Description: 实现walk方法,具体是由2条腿,4条腿等哪种walk实现来调用,依赖构造中的walkImpl具体实现
* @Date: 2024/8/1 17:06
* @Param:
* @return: void
**/
public void walk(){
if(walkObj != null){
walkObj.walk();
}
}
}
- Zoo
/**
* @Author: javafa
* @Date: 2024/7/31 16:04
* @Description: 牛马们所在的动物园
*/
public class Zoo {
Animal animal;//动物父类
/**
* @Author: javafa
* @Description: 通过动物类型,来召唤(实例化)不同的动物
* @Date: 2024/7/31 17:19
* @Param: animalType
* @return:
**/
public Zoo(String animalType) {
if (animalType.equals("dog")) {
animal = new Dog();
} else if (animalType.equals("cat")) {
animal = new Cat();
} else if (animalType.equals("dolphin")){
animal = new Dolphin();
}
}
/**
* @Author: javafa
* @Description: 查看动物的行为
* @Date: 2024/7/31 17:22
* @Param:
* @return: void
**/
public void show() {
animal.speak();
//为小海豚动态设置走两步的方式-2条腿走
animal.setWalkObj(new TwoLegsWalk());
animal.walk();
}
}
- 运行结果
至此,策略模式已成,再次思考起开头朋友的总结“策略模式就是高级的if-else”,现在用装的话可以说,是也不是。相同点都是在面对不确定性的情况下,进行判断的抉择,
不同点是if-else更像是写好的人生剧本,因果注定。策略模式则是一种思想,面向接口编程而不是实现,他为每一种变化都提供一个入口,种一个种子,至于怎么
实现则完全由你,看到if-else你仿佛一眼看到生命的尽头,而看到策略模式仿佛看到了我命由我不由天的自由。