设计模式系列 — 策略模式

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前言

• 23种设计模式速记
• 单例（singleton）模式
• 工厂方法（factory method）模式
• 抽象工厂（abstract factory）模式
• 建造者/构建器（builder）模式
• 原型（prototype）模式
• 享元（flyweight）模式
• 外观（facade）模式
• 适配器（adapter）模式
• 装饰（decorator）模式
• 观察者（observer）模式
• 持续更新中......

23种设计模式快速记忆的请看上面第一篇，本篇和大家一起来学习策略模式相关内容。

模式定义

定义了算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式的变化独立于算法的使用者。

策略模式中体现了几个设计原则：
①把变化的代码从不变的代码中分离出来；
②针对接口编程而不是具体类；
③多用组合/聚合，少用继承，策略模式中Context通过聚合使用策略。

解决的问题

在有多种算法相似的情况下，使用 if...else 所带来的复杂和难以维护，使用策略模式将算法的责任和本身进行解耦。

模式组成

组成（角色）	作用
抽象策略角色(Strategy)	定义了一个公共接口，各种不同的算法以不同的方式实现这个接口，环境角色使用这个接口调用不同的算法，一般使用接口或抽象类实现。
具体策略角色(ConcreteStrategy)	实现了抽象策略定义的接口，提供具体的算法实现。
环境类(Context)	持有一个策略类的应用，最终供客户端调用

实例说明

《植物大战僵尸》这个游戏很多人都玩过，里面有各种不同的植物和僵尸。不同的植物、僵尸各自有不同的特点。假如你要开发这样一款游戏，游戏最开始的版本比较简单，只有两种僵尸：普通僵尸、旗手僵尸。

第一版

类型	外观	移动	攻击
普通僵尸	普通	朝着一个方向移动	咬
旗手僵尸	普通+手持旗子	朝着一个方向移动	咬

image.png

步骤1：定义抽象策略角色，抽象类

abstract class AbstractZombie{

    public abstract void display();

    public void attack(){
        System.out.println("咬");
    }

    public void move(){
        System.out.println("一步一步移动");
    }
}

步骤2：定义具体的策略角色，普通僵尸

class NormalZombie extends AbstractZombie{

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("我是普通僵尸");
    }
}

步骤3：定义具体的策略角色，旗手僵尸

class FlagZombie extends AbstractZombie{

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("我是旗手僵尸");
    }
}

步骤4：测试

public class StrategyPattern {

    public static void main(String[] args) {
        AbstractZombie normalZombie = new NormalZombie();
        AbstractZombie flagZombie = new FlagZombie();

        flagZombie.display();
        flagZombie.move();
        flagZombie.attack();
        System.out.println("---------------");

        normalZombie.display();
        normalZombie.move();
        normalZombie.attack();
    }
}

输出结果：

我是旗手僵尸
一步一步移动
咬
---------------
我是普通僵尸
一步一步移动
咬

完美！游戏可以上线了。

但是没过多久你发现你开发的这个游戏玩家越来越少，打开评论一看，都在吐槽这个游戏僵尸种类太少，玩了几次就没啥意思了。
这好办，再加几种僵尸呗，于是就有了第二版

第二版

类型	外观	移动	攻击
普通僵尸	普通	朝着一个方向移动	咬
旗手僵尸	普通+手持旗子	朝着一个方向移动	咬
大头僵尸	大头	朝着一个方向移动	头撞
石膏僵尸	石膏装	一瘸一拐	武器
XXX僵尸	...	...	...

这简单，我再写俩僵尸类，然后重写跟抽象僵尸类（AbstractZombie）不一样的方法实现就行。

步骤1：定义具体的策略角色，大头僵尸

class BigZombie extends AbstractZombie {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("我是大头僵尸");
    }

    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("头撞");
    }
}

步骤2：定义具体的策略角色，石膏僵尸

class GypsumZombie extends AbstractZombie{

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("我是石膏僵尸");
    }

    @Override
    public void move() {
        System.out.println("一瘸一拐");
    }

    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("武器");
    }
}

OK！第二版上线！

没过多久用户们又玩腻了，用户玩腻了，又要加僵尸了。不过还好你已经得心应手了，不就是各种继承吗。

image.png

但是只是无脑加僵尸哪够，还有一堆用户吐槽你这游戏的BUG：你这僵尸遇到障碍物都不带停的，遇到植物应该停止移动,开始攻击。所以这些僵尸的各个行为在不同情况下是不一样的，这可咋办，你已经写了一堆僵尸类了，难倒要挨个类加判断逻辑改变行为？这个时候你想到了开闭原则：对扩展开放，对修改关闭。看来你的代码需要重构一下了。

第三版

僵尸的移动方式和攻击方式有不同的实现方式，而且要可以动态改变。先把这两个行为抽取成接口。

步骤1：定义移动行为接口

interface MoveBehavior {
    void move();
}

步骤2：定义攻击行为接口

interface AttackBehavior {
    void attack();
}

步骤3：定义抽象策略角色，抽象类

abstract class AbstractZombie {
    MoveBehavior moveBehavior;
    AttackBehavior attackBehavior;

    public AbstractZombie(MoveBehavior moveBehavior, AttackBehavior attackBehavior) {
        this.moveBehavior = moveBehavior;
        this.attackBehavior = attackBehavior;
    }

    abstract void display();

    void move() {
        moveBehavior.move();
    }

    void attack() {
        attackBehavior.attack();
    }

    public void setAttackBehavior(AttackBehavior attackBehavior) {
        this.attackBehavior = attackBehavior;
    }

    public AttackBehavior getAttackBehavior() {
        return attackBehavior;
    }

    public void setMoveBehavior(MoveBehavior moveBehavior) {
        this.moveBehavior = moveBehavior;
    }

    public MoveBehavior getMoveBehavior() {
        return moveBehavior;
    }
}

步骤4：定义各种僵尸子类

class NormalZombie extends AbstractZombie {
    public NormalZombie(MoveBehavior moveBehavior, AttackBehavior attackBehavior) {
        super(moveBehavior, attackBehavior);
    }

    @Override
    void display() {
        System.out.println("我是普通僵尸");
    }
}

class FlagZombie extends AbstractZombie {
    public FlagZombie(MoveBehavior moveBehavior, AttackBehavior attackBehavior) {
        super(moveBehavior, attackBehavior);
    }

    @Override
    void display() {
        System.out.println("我是旗手僵尸");
    }
}

class BigZombie extends AbstractZombie {
    public BigZombie(MoveBehavior moveBehavior, AttackBehavior attackBehavior) {
        super(moveBehavior, attackBehavior);
    }

    @Override
    void display() {
        System.out.println("我是大头僵尸");
    }
}

class GypsumZombie extends AbstractZombie {
    public GypsumZombie(MoveBehavior moveBehavior, AttackBehavior attackBehavior) {
        super(moveBehavior, attackBehavior);
    }

    @Override
    void display() {
        System.out.println("我是石膏僵尸");
    }
}

步骤5：定义移动行为子类

class StepByStepMove implements MoveBehavior {
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("一步一步移动");
    }
}

class LameMove implements MoveBehavior {
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("一瘸一拐");
    }
}

步骤6：定义攻击行为子类

class BiteAttack implements AttackBehavior{
    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("咬");
    }
}
class HeadAttack implements AttackBehavior{
    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("头撞");
    }
}
class ArmsAttack implements AttackBehavior{
    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("武器");
    }
}

测试：

public class StrategyPattern {
    public static void main(String[] args) {
        // 普通僵尸
        NormalZombie normalZombie = new NormalZombie(new StepByStepMove(), new BiteAttack());
        normalZombie.display();
        normalZombie.move();
        normalZombie.attack();
        System.out.println("-----------");
        // 旗手僵尸
        FlagZombie flagZombie = new FlagZombie(new StepByStepMove(), new BiteAttack());
        flagZombie.display();
        flagZombie.move();
        flagZombie.attack();
        System.out.println("-----------");
        // 大头僵尸
        BigZombie bigZombie = new BigZombie(new StepByStepMove(), new HeadAttack());
        bigZombie.display();
        bigZombie.move();
        bigZombie.attack();
        System.out.println("-----------");
        // 石膏僵尸
        GypsumZombie gypsumZombie = new GypsumZombie(new LameMove(), new BiteAttack());
        gypsumZombie.display();
        gypsumZombie.move();
        //如果石膏僵尸遇到了第一个植物
        System.out.println("我遇到了第一个植物");
        gypsumZombie.setAttackBehavior(new ArmsAttack());
        gypsumZombie.move();
        gypsumZombie.attack();
    }
}

执行结果：

我是普通僵尸
一步一步移动
咬
-----------
我是旗手僵尸
一步一步移动
咬
-----------
我是大头僵尸
一步一步移动
头撞
-----------
我是石膏僵尸
一瘸一拐
我遇到了第一个植物
一瘸一拐
武器

优点

1. 多重条件语句不易维护，而使用策略模式可以避免使用多重条件语句。
2. 策略模式提供了一系列的可供重用的算法族，恰当使用继承可以把算法族的公共代码转移到父类里面，从而避免重复的代码。
3. 策略模式可以提供相同行为的不同实现，客户可以根据不同时间或空间要求选择不同的。
4. 策略模式提供了对开闭原则的完美支持，可以在不修改原代码的情况下，灵活增加新算法。
5. 策略模式把算法的使用放到环境类中，而算法的实现移到具体策略类中，实现了二者的分离。

缺点

1. 客户端必须理解所有策略算法的区别，以便适时选择恰当的算法类。
2. 策略模式造成很多的策略类。

应用场景

1. 当你有很多类似的类，但它们执行某些行为的方式不同时，请使用此策略;
2. 使用该模式将类的业务逻辑与算法的实现细节隔离开来，这些算法在逻辑上下文中可能不那么重要;
3. 当你的类具有大量的条件运算符，并且在同一算法的不同变体之间切换时，请使用此模式。

源码中的应用

#JDK
java.util.Comparator
java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor

#Spring
org.springframework.beans.factory.support.InstantiationStrategy
......

比较器Comparator

在Java的集合框架中，经常需要传入一个比较器Comparator用于排序，这使用的就是策略模式。

我们看一个案例

定义一个 Person 类

class Person {

    int age;
    int height;

    public Person(int age, int height) {
        this.age = age;
        this.height = height;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public int getHeight() {
        return height;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "age=" + age +
                ", height=" + height +
                '}';
    }
}

这Person里有age、height，虽然实现了Comparable接口的compareTo方法，但是这个比较逻辑是不变的，永远是根据年龄排序，哪天你想根据身高排序就要去修改Person里的compareTo方法。

所以我们定义两个比较器：

//策略1 根据年龄排序
class SortByAge implements Comparator<Person> {

    @Override
    public int compare(Person o1, Person o2) {
        if (o1.getAge() > o2.getAge()) {
            return 1;
        } else if (o1.getAge() < o2.getAge()) {
            return -1;
        }
        return 0;
    }
}

//策略2 根据身高排序
class SortByHeight implements Comparator<Person> {

    @Override
    public int compare(Person o1, Person o2) {
        if (o1.getHeight() > o2.getHeight()) {
            return 1;
        } else if (o1.getHeight() < o2.getHeight()) {
            return -1;
        }
        return 0;
    }
}

测试：

public class ComparatorTest {
    public static void main(String[] args) {
        Person[] persons =
                new Person[]{new Person(10, 111), new Person(18, 99), new Person(15, 122)};

        Arrays.sort(persons, new SortByHeight());

        print(persons);

    }

    static void print(Person[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            System.out.println(array[i]);
        }

    }
}

打印结果：

Person{age=18, height=99}
Person{age=10, height=111}
Person{age=15, height=122}

这里Arrays就是环境角色Context，Comparator就是抽象策略Strategy，两个比较器实现就是具体实现策略ConcreteStrategy
**

ThreadPoolExecutor中的拒绝策略

在创建线程池时，需要传入拒绝策略，当创建新线程使当前运行的线程数超过maximumPoolSize时，将会使用传入的拒绝策略进行处理。这也是策略模式。

• AbortPolicy：直接抛出异常
• CallerRunsPolicy：在任务被拒绝添加后，会调用当前线程池的所在的线程去执行被拒绝的任务
• DiscardPolicy：不处理，直接丢弃
• DiscardOldestPolicy：当任务被拒绝添加时，会抛弃任务队列中最旧的任务也就是最先加入队列的，再把这个新任务添加进去

Spring中bean实例化策略

image.png

接口InstantiationStrategy是实例化策略接口类，它定义了三个实例化接口，然后SimpleInstantiationStrategy实现了该策略，它主要做一些简单的根据构造函数实例号bean的工作，然后CglibSubclassingInstantiationStrategy又继承了SimpleInstantiationStrategy新增了方法注入方式根据cglib生成代理类实例化方法。

在AbstractAutowireCapableBeanFactory中管理了该策略的一个对象，默认是CglibSubclassingInstantiationStrategy策略，运行时候可以通过setInstantiationStrategy改变实例化策略，如果你自己写个个策略的话。

PS：以上代码提交在 Github ：https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git

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