设计模式---策略模式(Strategy Pattern with java)

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设计模式

策略模式是一个很简单的模式，也是一个很常用的模式，可谓短小精悍，类库有很多使用策略模式的例子，所以本文以模拟类库为模板，学习策略模式，也熟悉了java类库设计中的精华，加深了我们的OO思想。

1 概念

策略模式（Strategy）：它定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，而且使它们还可以相互替换。策略模式让算法的变化不会影响到使用算法的客户。（原文：The Strategy Pattern defines a family of algorithms,encapsulates each one,and makes them interchangeable. Strategy lets the algorithm vary independently from clients that use it.）

2 模拟java类库中Comparable和Comparator接口

本文实现一个简单的排序算法，通过一步步设计，设计Comparable和Comparator接口，理解了策略模式和java类库设计这2个接口的原因和不同用途。

3 最简单的排序例子

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		int[] nums = { 3, 4, 1, 5, 2 };
		DataSortor.sort(nums);
		DataSortor.p(nums);
	}
}
class DataSortor {
	public static void sort(int[] nums) {
		for (int i = 0; i < nums.length; i += 1) {
			for (int j = i + 1; j < nums.length; j += 1) {
				if (nums[i] > nums[j]) {
					nums[i] = nums[i] + nums[j];
					nums[j] = nums[i] - nums[j];
					nums[i] = nums[i] - nums[j];
				}
			}
		}
	}
	public static void p(int[] nums) {
		for (int i : nums) {
			System.out.print(i + " ");
		}
		System.out.println();
	}
}

一个最简单使用冒泡的排序一个int数组，优点简单明了，缺点扩展性和代码重用性不强（不考虑算法本身，比如什么样的数据用不用的排序算法），而且支持的类型单一！

4 支持多重类型的排序算法

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		int[] nums = { 3, 4, 1, 5, 2 };
		DataSortor.sort(nums);
		DataSortor.p(nums);
		double[] doubles = { 1.2, 0.3, 2.5, 8.9, 0};
		DataSortor.sort(doubles);
		DataSortor.p(doubles);
		Dog[] dogs = {new Dog(3,3), new Dog(1,1), new Dog(5,5)};
		DataSortor.sort(dogs);
		DataSortor.p(dogs);
	}
}
class DataSortor {
	public static void sort(int[] nums) {
		for (int i = 0; i < nums.length; i += 1) {
			for (int j = i + 1; j < nums.length; j += 1) {
				if (nums[i] > nums[j]) {
					nums[i] = nums[i] + nums[j];
					nums[j] = nums[i] - nums[j];
					nums[i] = nums[i] - nums[j];
				}
			}
		}
	}
	public static void p(Dog[] dogs) {
		for(int i=0; i<dogs.length; i+=1) {
			System.out.print(dogs[i] + " ");
		}
		System.out.println();
	}
	public static void sort(Dog[] dogs) {
		for (int i = 0; i < dogs.length; i += 1) {
			for (int j = i + 1; j < dogs.length; j += 1) {
				if (dogs[i].getHeight()>dogs[j].getHeight()) {
					Dog temp = dogs[i];
					dogs[i] = dogs[j];
					dogs[j] = temp;
				}
			}
		}
	}
	public static void p(double[] doubles) {
		for (double i : doubles) {
			System.out.print(i + " ");
		}
		System.out.println();
	}
	public static void sort(double[] doubles) {
		for (int i = 0; i < doubles.length; i += 1) {
			for (int j = i + 1; j < doubles.length; j += 1) {
				if (doubles[i] > doubles[j]) {
					doubles[i] = doubles[i] + doubles[j];
					doubles[j] = doubles[i] - doubles[j];
					doubles[i] = doubles[i] - doubles[j];
				}
			}
		}
	}
	public static void sort1(int[] nums) {
		for (int i = nums.length - 1; i >= 0; i -= 1) {
			for (int j = 0; j < i; j += 1) {
				if (nums[j] > nums[j+1]) {
					nums[j+1] = nums[j+1] + nums[j];
					nums[j] = nums[j+1] - nums[j];
					nums[j+1] = nums[j+1] - nums[j];
				}
			}
		}
	}
	public static void p(int[] nums) {
		for (int i : nums) {
			System.out.print(i + " ");
		}
		System.out.println();
	}
}
class Dog {
	private int height;
	private int weight;
	public Dog(int height, int weight) {
		super();
		this.height = height;
		this.weight = weight;
	}
	public int getHeight() {
		return height;
	}
	public void setHeight(int height) {
		this.height = height;
	}
	public int getWeight() {
		return weight;
	}
	public void setWeight(int weight) {
		this.weight = weight;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Dog(" + height + "," + weight +")";
	}
	
}

输出结果：

1 2 3 4 5 
0.0 0.30000000000000004 1.2000000000000002 2.5 8.9 
Dog(1,1) Dog(3,3) Dog(5,5)

添加了更多基本类型的排序和基本类的比较，但也扩展性和重用性差还是很差。

如果我们继续添加新的类，我们必须重新写比较方法，重新改我们的排序代码，排序算法不能得到重用！所以我们可以添加比较接口！

5 引入Comparable接口

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		Dog[] dogs = { new Dog(3, 3), new Dog(1, 1), new Dog(5, 5) };
		DataSortor.sort(dogs);
		DataSortor.p(dogs);
	}
}
class DataSortor {
	public static void p(Object[] objs) {
		for (int i = 0; i < objs.length; i += 1) {
			System.out.print(objs[i] + " ");
		}
		System.out.println();
	}
	public static void sort(Comparable[] objs) {
		for (int i = 0; i < objs.length; i += 1) {
			for (int j = i + 1; j < objs.length; j += 1) {
				if (objs[i].compareTo(objs[j])>0) {
					Comparable temp = objs[i];
					objs[i] = objs[j];
					objs[j] = temp;
				}
			}
		}
	}
}
interface Comparable {
	int compareTo(Object obj);
}
class Dog implements Comparable {
	private int height;
	private int weight;
	public Dog(int height, int weight) {
		super();
		this.height = height;
		this.weight = weight;
	}
	public int getHeight() {
		return height;
	}
	public void setHeight(int height) {
		this.height = height;
	}
	public int getWeight() {
		return weight;
	}
	public void setWeight(int weight) {
		this.weight = weight;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Dog(" + height + "," + weight + ")";
	}
	@Override
	public int compareTo(Object obj) {
		if (obj instanceof Dog) {
			Dog d = (Dog) obj;
			if (height > d.getHeight())
				return 1;
			else
				return -1;
		}
		return 0;
	}
}

实现了Comparable接口的类，都可以使用排序算法，而不需要更改算法代码！提高的可用性，据有很大的扩展性。

但实现Comparable接口实现比较方法不能解决使用其他比较策略比较大小，比如上面使用cat的height作为比较依据，可能以后使用cat的weight作为比较依据。所以我们提出了策略模式，引入了Comparator接口，可以让cat选择比较策略，来实现不同的比较方法。

6 引入Comparator接口

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		Dog[] dogs = { new Dog(3, 3), new Dog(1, 1), new Dog(5, 5) };
		DataSortor.sort(dogs);
		DataSortor.p(dogs);
	}
}
class DataSortor {
	public static void p(Object[] objs) {
		for (int i = 0; i < objs.length; i += 1) {
			System.out.print(objs[i] + " ");
		}
		System.out.println();
	}

	public static void sort(Comparable[] objs) {
		for (int i = 0; i < objs.length; i += 1) {
			for (int j = i + 1; j < objs.length; j += 1) {
				if (objs[i].compareTo(objs[j]) > 0) {
					Comparable temp = objs[i];
					objs[i] = objs[j];
					objs[j] = temp;
				}
			}
		}
	}
}
interface Comparable {
	int compareTo(Object obj);
}
interface Comparator {
	int compare(Object o1, Object o2);
}
class DogHeightComparator implements Comparator {
	@Override
	public int compare(Object o1, Object o2) {
		if (!(o1 instanceof Dog))
			return 0;
		if (!(o2 instanceof Dog))
			return 0;
		Dog dog1 = (Dog) o1;
		Dog dog2 = (Dog) o2;
		if (dog1.getHeight() > dog2.getHeight())
			return 1;
		else if (dog1.getHeight() < dog2.getHeight())
			return -1;
		return 0;
	}

}
class Dog implements Comparable {
	private int height;
	private int weight;
	private Comparator comparator = new DogHeightComparator();
	@Override
	public String toString() {
		return "Dog(" + height + "," + weight + ")";
	}
	@Override
	public int compareTo(Object obj) {
		return comparator.compare(this, obj);
	}
	public Dog(int height, int weight) {
		super();
		this.height = height;
		this.weight = weight;
	}
	
	public Comparator getComparator() {
		return comparator;
	}

	public void setComparator(Comparator comparator) {
		this.comparator = comparator;
	}

	public int getHeight() {
		return height;
	}

	public void setHeight(int height) {
		this.height = height;
	}

	public int getWeight() {
		return weight;
	}

	public void setWeight(int weight) {
		this.weight = weight;
	}
}

这样可以设计不同的Comparator来实现不同的比较方式，大大的提高了程序的扩展性，但值得说的类也要实现Comparable接口，只是在Comparable接口的实现方法中使用我们自己设置的排序策略，当然我们可以指定默认的排序算法，如上，这样如果有特殊需求时，在设置相应的排序算法，极大的提高了系统的灵活性。

现在，应该对策略模式有点较深的认识了吧，知道了为什么java类库中为什么有了Comparable还有Comparator接口了吧。

7 策略模式优缺点

优点：

1、简化了单元测试，因为每个算法都有自己的类，可以通过自己的接口单独测试。
2、避免程序中使用多重条件转移语句，使系统更灵活，并易于扩展。
3、遵守大部分GRASP原则和常用设计原则，高内聚、低偶合。

缺点：
1、因为每个具体策略类都会产生一个新类，所以会增加系统需要维护的类的数量。

2、在基本的策略模式中，选择所用具体实现的职责由客户端对象承担，并转给策略模式的Context对象。（这本身没有解除客户端需要选择判断的压力，而策略模式与简单工厂模式结合后，选择具体实现的职责也可以由Context来承担，这就最大化的减轻了客户端的压力。）

8 简单工厂模式和策略模式区别（摘录，出处）

这两种模式的作用就是拥抱变化，减少耦合。在变化来临时争取做最小的改动来适应变化。这就要求我们把些“善变”的功能从客户端分离出来，形成一个个的功能类，然后根据多态特性，使得功能类变化的同时，客户端代码不发生变化。

简单工厂模式

简单工厂模式：有一个父类需要做一个运算（其中包含了不同种类的几种运算），将父类涉及此运算的方法都设成虚方法，然后父类派生一些子类，使得每一种不同的运算都对应一个子类。另外有一个工厂类，这个类一般只有一个方法（工厂的生成方法），这个方法的返回值是一个超类，在方法的内部，根据传入参数的不同，分别构造各个不同的子类的对象，并返回。客户端并不认识子类，客户端只认识超类和工厂类。每次客户端需要一中运算时，就把相应的参数传给工厂类，让工厂类构造出相应的子类，然后在客户端用父类接收（这里有一个多态的运用）。客户端很顺理成章地用父类的计算方法（其实这是一个虚方法，并且已经被子类特化过了，其实是调用子类的方法）计算出来结果。如果要增加功能时，你只要再从父类中派生相应功能的子类，然后修改下工厂类就OK了，对于客户端是透明的。

策略模式

策略模式：策略模式更直接了一点，没有用工厂类，而是直接把工厂类的生成方法的代码写到了客户端。客户端自己构造出了具有不同功能的子类（而且是用父类接收的，多态），省掉了工厂类。策略模式定义了算法家族，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，不会影响到使用算法的客户。这里的算法家族和简单工厂模式里的父类是同一个概念。当不同的行为堆砌在一个类中时，就很难避免使用条件语句来选择合适的行为，将这些行为封装在一个个独立的策略子类中，可以在客户端中消除条件语句。

简单工厂模式+策略模式：为了将工厂方法的代码从客户端移出来，我们把这些代码搬到了父类的构造函数中，让父类在构造的时候，根据参数，自己实现工厂类的作用。这样做的好处就是，在客户端不用再认识工厂类了，客户端只要知道父类一个就OK，进一步隔离了变化，降低了耦合。

在基本的策略模式中，选择所用具体实现的职责由客户端对象成端，并转给客户端。这本身并没有减除客户端需要选择判断的压力，而策略模式与简单工厂模式结合后，选择具体实现的职责也可以由父类承担，这就最大化地减轻了客户端的职责。

9 总结

策略模式作为一种软件设计模式，指对象有某个行为，但是在不同的场景中，该行为有不同的实现算法。

10参考资料

维基百科：策略模式

博客园：策略模式：ColinSong

简单工厂模式和策略模式区别：崔玉松

作者：syxChina
出处：http://syxchina.cnblogs.com、 http://hi.baidu.com/syxcs123
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