【软件设计】常用设计模式--策略模式
策略模式（Strategy Pattern）1. 概念
策略模式是一种行为型设计模式，它界说了一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化。
通过策略模式，我们可以将差别的算法封装到独立的类中，并通过客户端在运行时选择具体的策略类。这种模式的长处是进步了代码的灵活性和可扩展性。
2. 模式结构
策略模式通常包含以下几个构成部分：
[*]策略接口（Strategy）: 界说算法的公共接口。
[*]具体策略（Concrete Strategy）: 实现差别的算法。
[*]上下文类（Context）: 负责使用策略，维护对策略对象的引用。
3. UML 类图
+------------------+ +----------------+
| Context | | Strategy |
|------------------| |----------------|
| - strategy: IStrategy |<------| + Algorithm()|
| + SetStrategy()| +----------------+
| + ExecuteAlgorithm() | /\
+------------------+ /\
/ \
+----------------+ +----------------+
| StrategyA | | StrategyB |
+----------------+ +----------------+
| + Algorithm()| | + Algorithm()|
+----------------+ +----------------+
4. 实现方式
C# 示例
步骤1：界说策略接口
public interface IStrategy
{
void Algorithm();
}
步骤2：实现具体策略类
public class ConcreteStrategyA : IStrategy
{
public void Algorithm()
{
Console.WriteLine("Using Strategy A.");
}
}
public class ConcreteStrategyB : IStrategy
{
public void Algorithm()
{
Console.WriteLine("Using Strategy B.");
}
}
步骤3：实现上下文类
public class Context
{
private IStrategy _strategy;
public void SetStrategy(IStrategy strategy)
{
_strategy = strategy;
}
public void ExecuteAlgorithm()
{
_strategy?.Algorithm();
}
}
步骤4：使用策略模式
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Context context = new Context();
context.SetStrategy(new ConcreteStrategyA());
context.ExecuteAlgorithm(); // Output: Using Strategy A.
context.SetStrategy(new ConcreteStrategyB());
context.ExecuteAlgorithm(); // Output: Using Strategy B.
}
}
Java 示例
步骤1：界说策略接口
public interface Strategy {
void algorithm();
}
步骤2：实现具体策略类
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
@Override
public void algorithm() {
System.out.println("Using Strategy A.");
}
}
public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
@Override
public void algorithm() {
System.out.println("Using Strategy B.");
}
}
步骤3：实现上下文类
public class Context {
private Strategy strategy;
public void setStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public void executeAlgorithm() {
strategy.algorithm();
}
}
步骤4：使用策略模式
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Context context = new Context();
context.setStrategy(new ConcreteStrategyA());
context.executeAlgorithm(); // Output: Using Strategy A.
context.setStrategy(new ConcreteStrategyB());
context.executeAlgorithm(); // Output: Using Strategy B.
}
}
5. 长处
[*]易于扩展: 可以随时添加新的策略类，而不影响现有系统。
[*]代码复用: 将通用行为抽象出来，避免重复代码。
[*]动态决议: 客户端可以根据差别的情况动态选择策略。
6. 缺点
[*]增加对象数目: 如果策略过多，可能会导致类的数目大幅增加。
[*]策略切换复杂: 如果策略之间的切换过于频仍，可能会影响性能。
7. 应用场景
[*]场景1: 付出系统
在付出系统中，可以根据用户的选择使用差别的付出方式（如信用卡、PayPal、银行转账等）。差别的付出方式可以作为差别的策略实现，用户在付出时动态选择付出方式。
[*]场景2: 算法的多变实现
对于排序算法、路径规划算法等场景，可以使用策略模式来封装差别的算法实现。比如，客户端可以根据数据集的巨细选择使用快速排序、归并排序等差别的策略。
[*]场景3: 日记纪录策略
在某些系统中，可以根据差别的运行环境（开发、生产）动态决定使用差别的日记纪录方式，如控制台日记、文件日记、远程日记等。
8. 与其他模式的比较
[*]与状态模式: 策略模式和状态模式都涉及对象之间的切换，但状态模式夸大的是状态转移，而策略模式夸大的是算法的变化。
[*]与工厂模式: 工厂模式关注的是对象的创建，策略模式则关注算法的变化。
小结
策略模式非常实用于必要根据差别条件动态选择算法或行为的场景。通过封装差别的策略实现，客户端代码可以更加简洁和灵活。
策略模式变体和实际应用场景
1. 变体
策略模式的基本头脑虽然简单，但在实际使用中可以根据具体需求进行扩展和变体。以下是几种常见的变体：
变体1: 组合模式与策略模式结合
策略模式通常用于更换算法，而组合模式用于构建条理结构的复杂对象。将这两者结合，可以让策略模式的差别策略实现与组合对象配合，实现更加灵活的行为变化。
示例
如果我们有一个文件压缩系统，使用组合模式来管理文件夹和文件，同时使用策略模式来界说差别的压缩算法（如 ZIP、RAR、7z 等）。每种压缩策略独立实现，文件夹中的文件可以动态选择压缩策略。
变体2: 动态策略切换
通常，策略模式中策略的切换是由客户端代码来决定的。但在某些情况下，策略可以根据系统状态或外部条件自动切换。比如在某些实时系统中，可以根据负载条件动态切换算法。
示例
在网络哀求中，可以根据网络耽误自动切换差别的策略，比方切换超时重试策略或者差别的缓存策略，以包管系统的稳定性和性能。
变体3: 缓存策略实例
为了进步性能，我们可以将策略对象缓存起来，而不是每次都重新创建策略实例。比如在大量重复调用的情况下，可以镌汰不必要的对象创建和烧毁。
示例
在一个大规模应用步伐中，差别的日记策略（如文件日记、数据库日记等）可以通过缓存实现。每次切换策略时，优先从缓存中获取，而不是每次都重新实例化。
变体4: 策略模式与模板方法模式结合
策略模式和模板方法模式可以结合使用。模板方法界说了算法的基本框架，但将具体步骤的实现耽误到策略类中。如许可以通过差别的策略类来实现框架的细化。
示例
在数据处置处罚系统中，我们可以界说一个模板方法，处置处罚步骤包括数据加载、处置处罚和保存。
差别的策略类可以实现特定的数据处置处罚方法，如文本处置处罚、图像处置处罚等。
2. 实际应用场景
场景1: 差别扣头策略的实现
电子商务平台通常会提供差别的扣头方式，比方满减、打折、会员优惠等。这些差别的扣头方式可以通过策略模式来实现，客户可以动态选择差别的扣头策略。
C#示例
public interface IDiscountStrategy
{
decimal ApplyDiscount(decimal totalPrice);
}
public class PercentageDiscount : IDiscountStrategy
{
private decimal _percentage;
public PercentageDiscount(decimal percentage)
{
_percentage = percentage;
}
public decimal ApplyDiscount(decimal totalPrice)
{
return totalPrice - (totalPrice * _percentage / 100);
}
}
public class FlatRateDiscount : IDiscountStrategy
{
private decimal _flatRate;
public FlatRateDiscount(decimal flatRate)
{
_flatRate = flatRate;
}
public decimal ApplyDiscount(decimal totalPrice)
{
return totalPrice - _flatRate;
}
}
public class Context
{
private IDiscountStrategy _strategy;
public void SetDiscountStrategy(IDiscountStrategy strategy)
{
_strategy = strategy;
}
public decimal GetDiscountedPrice(decimal totalPrice)
{
return _strategy.ApplyDiscount(totalPrice);
}
}
客户可以根据差别的促销运动选择合适的扣头策略：
var context = new Context();
context.SetDiscountStrategy(new PercentageDiscount(10));
Console.WriteLine(context.GetDiscountedPrice(100)); // 打九折
context.SetDiscountStrategy(new FlatRateDiscount(20));
Console.WriteLine(context.GetDiscountedPrice(100)); // 减去20元
场景2: 动态路由选择
在网络通信或导航系统中，路由算法可能会根据差别的需求动态调解。
比方，有时必要使用最短路径算法，有时必要使用最安全路径算法。策略模式可以用于封装这些差别的路径规划算法。
场景3: 图像渲染策略
在图像处置处罚系统中，可以根据图像的质量或表现装备的性能来动态选择渲染算法。
对于高性能装备，可以选择复杂的高质量渲染算法；对于低性能装备，可以选择简单的低质量渲染策略。
场景4: 动态加密算法选择
在安全系统中，可以根据数据的敏感性或系统资源选择差别的加密算法。
某些场景下，可能必要使用快速但安全性较低的加密算法；而在更敏感的数据场景下，则使用更强的加密策略。
场景5: 数据导入导出
在企业软件中，数据导入导出功能可能支持多种格式（如CSV、XML、JSON等）。
可以使用策略模式封装每种格式的处置处罚逻辑，用户可以根据需求选择差别的导入导出策略。
小结
策略模式的变体和实际应用展示了它的灵活性和扩展性。在复杂的系统中，策略模式可以资助我们应对多变的需求，并为系统的可维护性提供保障。
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