Java 设计模式之策略模式 (Strategy Pattern) 详解
策略模式（Strategy Pattern）是一种行为型设计模式，旨在定义一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互相替换，从而使得算法的变化不会影响使用算法的客户端。策略模式的主要结构包括策略接口、具体策略类和上下文类，通过将算法的选择与使用分离，实现了代码的可维护性和灵活性。
更多设计模式请参考：Java 中的 23 种设计模式详解
1. 策略模式的动机
在软件开发中，经常遇到需要在运行时动态选择一种算法的情况。例如，排序算法、支付方式、文件压缩等场景都可能需要在不同条件下选择不同的算法实现。如果在客户端代码中硬编码这些算法的选择逻辑，会导致代码难以维护和扩展。策略模式通过将算法的选择和实现分离，使得算法可以独立变化，客户端代码可以更简洁和灵活。
2. 策略模式的结构
策略模式包含以下几部分：
- 策略接口（Strategy Interface）：定义所有支持的算法的公共接口。
- 具体策略类（Concrete Strategies）：实现策略接口，定义具体的算法。
- 上下文类（Context Class）：使用一个具体策略对象来配置，并维护对策略对象的引用。
3. 策略模式的UML类图
4. 策略模式的实现
以下是一个使用策略模式的Java示例，该示例演示了如何选择不同的策略来执行操作：
4.1 策略接口
// 定义策略接口
public interface Strategy {
void execute();
}
4.2 具体策略类
// 具体策略A
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
@Override
public void execute() {
System.out.println("执行策略A");
}
}
// 具体策略B
public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
@Override
public void execute() {
System.out.println("执行策略B");
}
}
4.3 上下文类
// 上下文类
public class Context {
private Strategy strategy;
// 设置策略
public void setStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
// 执行策略
public void executeStrategy() {
if (strategy == null) {
throw new IllegalStateException("Strategy未设置");
}
strategy.execute();
}
}
4.4 客户端代码
public class StrategyPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Context context = new Context();
// 使用策略A
context.setStrategy(new ConcreteStrategyA());
context.executeStrategy(); // 输出: 执行策略A
// 使用策略B
context.setStrategy(new ConcreteStrategyB());
context.executeStrategy(); // 输出: 执行策略B
}
}
5. 策略模式的优缺点
优点
- 算法可以自由切换：可以在不影响客户端的情况下更改算法。
- 避免多重条件判断：使用策略模式可以避免过多的if-else或switch-case语句。
- 扩展性好：增加新的策略时只需添加新的策略类即可，不需要修改现有代码。
缺点
- 客户端必须知道所有的策略类：客户端需要了解每个策略类的具体实现，这增加了复杂度。
- 增加对象数目：如果策略较多，会增加类的数量，导致系统变得复杂。
6. 策略模式的应用场景
策略模式适用于以下场景：
- 需要在不同情况下使用不同的算法。
- 有许多相关类仅仅在行为上有所不同。
- 需要避免使用复杂的条件语句来选择不同的行为。
7. 策略模式的变体
策略模式可以与其他设计模式结合使用，以增强其功能。例如：
- 组合模式（Composite Pattern）：可以将策略模式与组合模式结合，使得策略的选择更加灵活。
- 工厂模式（Factory Pattern）：可以使用工厂模式来创建策略对象，从而实现策略的动态选择。
8. 策略模式与其他设计模式的比较
- 策略模式 vs. 状态模式：两者结构类似，但策略模式的不同策略是彼此独立的，而状态模式的不同状态之间存在一定的关系。
- 策略模式 vs. 命令模式：命令模式用于封装请求，将请求与执行解耦，而策略模式用于封装算法，将算法与使用算法的代码解耦。
9. 策略模式的实现细节与最佳实践
9.1 延迟初始化策略
在某些情况下，策略的初始化可能比较耗时，可以使用延迟初始化（Lazy Initialization）来提高性能：
public class Context {
private Strategy strategy;
public void setStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public void executeStrategy() {
if (strategy == null) {
// 延迟初始化
strategy = new ConcreteStrategyA();
}
strategy.execute();
}
}
9.2 使用反射动态加载策略
为了避免频繁修改代码，可以通过反射动态加载策略：
public class Context {
private Strategy strategy;
public void setStrategy(String strategyClassName) throws Exception {
this.strategy = (Strategy) Class.forName(strategyClassName).getDeclaredConstructor().newInstance();
}
public void executeStrategy() {
strategy.execute();
}
}
9.3 使用配置文件管理策略
将策略的配置放在配置文件中，便于管理和维护：
# strategy.properties
strategy=ConcreteStrategyA
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public class StrategyLoader {
public static Strategy loadStrategy() throws Exception {
Properties properties = new Properties();
try (InputStream input = StrategyLoader.class.getResourceAsStream("/strategy.properties")) {
properties.load(input);
}
String strategyClassName = properties.getProperty("strategy");
return (Strategy) Class.forName(strategyClassName).getDeclaredConstructor().newInstance();
}
}
9.4 策略模式与依赖注入
结合依赖注入框架（如Spring），可以更加灵活地管理策略的实例：
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class Context {
private final Strategy strategy;
@Autowired
public Context(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public void executeStrategy() {
strategy.execute();
}
}
10. 策略模式的实际应用案例
10.1 支付系统中的策略模式
在一个支付系统中，可能有多种支付方式，如信用卡支付、支付宝支付、微信支付等。通过策略模式，可以根据用户选择的支付方式动态切换支付策略。
支付策略接口
public interface PaymentStrategy {
void pay(double amount);
}
具体支付策略类
// 信用卡支付策略
public class CreditCardPaymentStrategy implements PaymentStrategy {
@Override
public void pay(double amount) {
System.out.println("使用信用卡支付：" + amount + "元");
}
}
// 支付宝支付策略
public class AliPayPaymentStrategy implements PaymentStrategy {
@Override
public void pay(double amount) {
System.out.println("使用支付宝支付：" + amount + "元");
}
}
// 微信支付策略
public class WeChatPaymentStrategy implements PaymentStrategy {
@Override
public void pay(double amount) {
System.out.println("使用微信支付：" + amount + "元");
}
}
支付上下文类
public class PaymentContext {
private PaymentStrategy paymentStrategy;
// 设置支付策略
public void setPaymentStrategy(PaymentStrategy paymentStrategy) {
this.paymentStrategy = paymentStrategy;
}
// 执行支付
public void pay(double amount) {
if (paymentStrategy == null) {
throw new IllegalStateException("PaymentStrategy未设置");
}
paymentStrategy.pay(amount);
}
}
支付策略工厂类
为了更加优雅地创建支付策略，可以使用工厂模式：
public class PaymentStrategyFactory {
public static PaymentStrategy getPaymentStrategy(String type) {
switch (type) {
case "CreditCard":
return new CreditCardPaymentStrategy();
case "AliPay":
return new AliPayPaymentStrategy();
case "WeChat":
return new WeChatPaymentStrategy();
default:
throw new IllegalArgumentException("未知的支付类型: " + type);
}
}
}
客户端代码
public class PaymentDemo {
public static void main(String[] args) {
PaymentContext context = new PaymentContext();
// 从外部获取支付类型，例如通过用户输入或配置文件
String paymentType = "CreditCard"; // 这里可以根据实际情况更改
// 使用工厂创建支付策略
PaymentStrategy paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.getPaymentStrategy(paymentType);
// 设置支付策略
context.setPaymentStrategy(paymentStrategy);
// 执行支付
context.pay(100.0); // 输出: 使用信用卡支付：100.0元
// 更改支付策略
paymentType = "AliPay";
paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.getPaymentStrategy(paymentType);
context.setPaymentStrategy(paymentStrategy);
context.pay(200.0); // 输出: 使用支付宝支付：200.0元
// 更改支付策略
paymentType = "WeChat";
paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.getPaymentStrategy(paymentType);
context.setPaymentStrategy(paymentStrategy);
context.pay(300.0); // 输出: 使用微信支付：300.0元
}
}
优化的重点
- 工厂模式：使用工厂模式来创建支付策略对象，使客户端代码更简洁，策略的创建和选择更灵活。
- 空策略检查：在上下文类中增加对策略是否为空的检查，避免未设置策略时的运行时错误。
- 策略类型动态获取：通过从外部（如用户输入或配置文件）获取支付类型，示例代码更加接近实际应用场景。
通过策略模式和工厂模式的结合，可以实现一个灵活、可扩展且易于维护的支付系统。在实际开发中，进一步结合依赖注入框架（如Spring）来管理策略对象，可以提升代码的可测试性和可扩展性。
