设计模式:策略设计模式
一、什么是策略设计模式
1.1 策略设计模式定义
策略设计模式(Strategy Pattern)是一种定义一系列算法的方法,从概念上来看,所有这些算法完成的都是相同的工作,只是实现不同,它可以让算法的变化独立于使用算法的客户端。
1.2 策略设计模式应用场景
策略设计模式通常在以下场景中使用:
- 当需要在不同情况下使用不同的算法时
- 当一个类有多种行为或算法,并且这些行为或算法可以在运行时切换时
- 当需要避免使用多重条件语句或大量的if-else语句时
二、策略设计模式的组成部分
策略设计模式通常由三个部分组成:
2.1 抽象策略类
抽象策略类定义了一个算法族,其中每个算法都是一个方法。抽象策略类通过抽象方法来约束具体策略类的行为。
public interface Strategy {public int doOperation(int num1, int num2);
}
2.2 具体策略类
具体策略类实现了抽象策略类中定义的算法,每个具体策略类都实现了一种算法。
public class OperationAdd implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 + num2;}
}public class OperationSubtract implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 - num2;}
}public class OperationMultiply implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 * num2;}
}
2.3 环境类
环境类持有一个抽象策略类的引用,用于调用具体的策略类中实现的算法。
public class Context {private Strategy strategy;public Context(Strategy strategy){this.strategy = strategy;}public int executeStrategy(int num1, int num2){return strategy.doOperation(num1, num2);}
}
三、策略设计模式的实现步骤
在使用策略设计模式时,通常需要按照以下步骤进行:
3.1 定义策略接口或抽象类
定义一个抽象的策略接口或抽象类,其中声明了一个抽象的算法方法。
public interface Strategy {public int doOperation(int num1, int num2);
}
3.2 实现具体策略类
实现具体的策略类,这些类实现了策略接口或抽象类中定义的算法。
public class OperationAdd implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 + num2;}
}public class OperationSubtract implements Strategy {public int doOperation(int num1,int num2) {return num1 - num2;}
}public class OperationMultiply implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 * num2;}
}
3.3 定义环境类
定义一个环境类,持有一个抽象策略类的引用,用于调用具体的策略类中实现的算法。
public class Context {private Strategy strategy;public Context(Strategy strategy){this.strategy = strategy;}public int executeStrategy(int num1, int num2){return strategy.doOperation(num1, num2);}
}
3.4 在环境类中使用策略类
在环境类中使用具体的策略类。
public static void main(String[] args) {Context context = new Context(new OperationAdd()); System.out.println("10 + 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));context = new Context(new OperationSubtract()); System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));context = new Context(new OperationMultiply()); System.out.println("10 * 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
}
四、策略设计模式的优缺点
4.1 优点
- 策略设计模式能够提供更好的扩展性,由于策略类是可以自由切换的,因此可以非常方便地实现新的算法或业务逻辑。
- 策略设计模式可以提高代码的复用性,由于不同的算法可以共享同一个抽象策略类,因此可以避免重复的代码。
- 策略设计模式能够提高代码的可读性和可维护性,由于不同的算法都被封装在不同的策略类中,因此代码结构更加清晰,易于理解和维护。
4.2 缺点
- 策略设计模式需要定义大量的策略类,这会增加代码量和复杂度。
- 策略设计模式需要客户端了解不同的策略类并选择合适的策略类,这会增加客户端的负担。
五、策略设计模式与其他设计模式的区别
5.1 策略设计模式与模板方法模式的区别
策略设计模式和模板方法模式都是行为型设计模式,它们都关注于类的行为。它们的区别在于:
- 策略设计模式关注于算法的不同实现,而模板方法模式关注于算法的不同步骤。
- 在策略设计模式中,不同的算法可以自由切换,而在模板方法模式中,算法的不同步骤是固定的,只能在子类中重写。
- 策略设计模式中,客户端需要了解不同的策略类并选择合适的策略类,而在模板方法模式中,客户端不需要了解不同的实现方式。
5.2 策略设计模式与状态模式的区别
策略设计模式和状态模式都是行为型设计模式,它们都关注于对象的状态变化。它们的区别在于:
- 策略设计模式关注于算法的不同实现,而状态模式关注于对象的不同状态。
- 在策略设计模式中,不同的算法是可以自由切换的,而在状态模式中,对象的不同状态是有限的,且状态之间是有转换关系的。
- 在策略设计模式中,客户端需要了解不同的策略类并选择合适的策略类,而在状态模式中,客户端不需要了解不同的状态,只需要调用对象的方法即可。
六、策略设计模式的应用实例
6.1 实例说明
假设我们正在开发一个计算器程序,该程序可以根据用户的选择进行加、减、乘、除四种运算。为了实现这个功能,我们可以使用策略设计模式,将每种运算封装在不同的策略类中。
6.2 代码实现
在我们将通过代码实现上述的计算器程序,首先我们需要定义一个策略接口,用于声明算法方法:
public interface Strategy {public int doOperation(int num1, int num2);
}
接着,我们需要实现具体的策略类,这些类分别对应加、减、乘、除四种运算:
public class OperationAdd implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 + num2;}
}public class OperationSubtract implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 - num2;}
}public class OperationMultiply implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 * num2;}
}public class OperationDivide implements Strategy {public int doOperation(int num1, int num2) {return num1 / num2;}
}
接下来,我们需要定义一个环境类,用于持有具体的策略类,并调用其方法:
public class Context {private Strategy strategy;public Context(Strategy strategy){this.strategy = strategy;}public int executeStrategy(int num1, intnum2){return strategy.doOperation(num1, num2);}
}
最后,我们可以在客户端代码中使用上述的类来完成计算器的功能:
public static void main(String[] args) {Context context = new Context(new OperationAdd()); System.out.println("10 + 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));context = new Context(new OperationSubtract()); System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));context = new Context(new OperationMultiply()); System.out.println("10 * 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));context = new Context(new OperationDivide()); System.out.println("10 / 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
}
输出结果为:
10 + 5 = 15
10 - 5 = 5
10 * 5 = 50
10 / 5 = 2
通过上述代码,我们可以看到策略设计模式可以非常方便地实现不同算法的切换,并且代码结构更加清晰易懂。
七、扩展点
7.1 策略类的动态切换
在上述的示例代码中,我们需要在客户端代码中手动创建不同的策略类对象,并将其传递给环境类的构造方法。如果我们希望在程序运行过程中动态切换策略类,就需要对代码进行修改。
一种解决方案是使用反射机制,通过类名动态创建策略类对象。具体实现可以参考以下代码:
public class Context {private Strategy strategy;public Context(String className) {try {Class<?> clazz = Class.forName(className);this.strategy = (Strategy) clazz.newInstance();} catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();}}public int executeStrategy(int num1, intnum2){return strategy.doOperation(num1, num2);}
}
在上述代码中,我们新增了一个构造方法,该方法接受一个字符串类型的参数,用于指定具体的策略类。在方法内部,我们使用了反射机制来创建策略类对象,并将其赋值给环境类的成员变量。这样,我们就可以在程序运行过程中动态切换策略类了。
7.2 策略类的缓存
在上述的示例代码中,每次创建新的策略类对象都需要消耗一定的时间和内存。如果我们需要多次调用同一个策略类,就会造成资源的浪费。
一种解决方案是使用策略类的缓存,将已经创建的策略类对象缓存起来,避免重复创建。具体实现可以参考以下代码:
public class Context {private Map<String, Strategy> strategyMap = new HashMap<>();public Context(String className) {if (strategyMap.containsKey(className)) {this.strategy = strategyMap.get(className);} else {try {Class<?> clazz = Class.forName(className);this.strategy = (Strategy) clazz.newInstance();strategyMap.put(className, strategy);} catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();}}}public int executeStrategy(int num1, intnum2){return strategy.doOperation(num1, num2);}
}
在上述代码中,我们使用了一个HashMap来缓存已经创建的策略类对象。在创建策略类对象时,首先检查缓存中是否已经存在该类对象,如果存在则直接返回,否则才创建新的对象,并将其添加到缓存中。这样,我们就可以避免重复创建策略类对象,提高了程序的性能。
八、总结
策略设计模式是一种非常实用的设计模式,它可以让我们在程序运行过程中动态地切换算法,从而提高程序的灵活性和可扩展性。通过策略设计模式,我们可以将算法的实现与客户端代码解耦,从而使代码更加清晰易懂。
在实现策略设计模式时,我们需要定义一个策略接口,用于声明算法方法,然后实现具体的策略类,这些类分别对应不同的算法实现。接着,我们需要定义一个环境类,用于持有具体的策略类,并调用其方法。在客户端代码中,我们可以创建不同的策略类对象,并将其传递给环境类,从而实现不同算法的切换。
扩展方面,我们可以通过策略类的动态切换和缓存等方式,进一步提高程序的灵活性和性能。
总的来说,策略设计模式是一种非常实用的设计模式,可以帮助我们更好地组织代码,提高程序的可维护性和可扩展性。在实际开发中,我们应该根据具体的需求选择合适的策略设计模式,并注意代码的可读性和可维护性。
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