设计模式之策略模式（Strategy）

策略模式（Strategy Pattern）是行为型设计模式之一，它定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，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，是将算法从使用它的类中独立出来，从而使得客户可以根据需要选择不同的算法来完成任务。

1. 策略模式概述

1.1 定义

策略模式是一种定义一系列算法的设计模式，它将每个算法封装成一个类，并使它们可以相互替换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。策略模式不仅仅是封装算法，还使得不同的算法可以互相替换，且不会影响到客户端的代码。

简单来说，策略模式的核心思想是：定义一系列算法，并将它们封装到独立的策略类中，客户端可以根据需要选择使用某一个算法。

1.2 组成

策略模式通常由以下几个角色组成：

Context（上下文）：维护一个对某个具体策略对象的引用，最终将请求委托给具体策略对象来完成。
Strategy（策略接口）：通常是一个接口，定义一系列的算法。不同的具体策略类实现该接口并提供具体的算法。
ConcreteStrategy（具体策略类）：实现了策略接口的具体算法。

1.3 优点与缺点

优点

算法独立于使用它的客户：客户端可以通过选择不同的策略来改变行为。
避免了大量的条件语句：通过策略类来避免在客户端代码中写大量的条件判断语句。
易于扩展：通过添加新的策略类，可以轻松扩展算法集，而不会影响现有代码。
符合开闭原则：现有代码不需要修改，新增算法时只需增加新的策略类即可。

缺点

客户端必须知道所有的策略：客户端需要了解不同的策略和如何使用它们，这可能会增加一定的复杂性。
策略类数目可能较多：如果算法种类很多，可能会导致策略类的数量增多，从而增加系统的复杂度。

2. 策略模式的使用场景

策略模式适用于以下场景：

有多种算法的选择：当一个类在其内部有多个算法，并且这些算法有相似的功能时，可以通过策略模式来封装它们，并且根据不同情况选择不同的算法。
算法需要独立于使用它的客户端而变化：当多个类之间共享同一个算法，而这个算法在使用时可能需要变化时，可以通过策略模式实现算法的动态切换。
避免条件判断：如果系统中包含很多类似的条件判断，并且每个判断对应不同的行为，可以通过策略模式将这些行为封装成不同的策略类，从而避免复杂的条件判断。

3. 策略模式的结构与实现

3.1 示例：电商平台的运费计算

在电商平台中，通常根据不同的订单条件（如：运送方式、订单金额、用户所在地等）来计算运费。这里可以使用策略模式来处理运费计算的不同策略。

3.1.1 代码实现

我们通过这个电商平台的例子来说明策略模式的实现过程。

1. 定义策略接口

javaCopy Code
// 运费计算策略接口
public interface ShippingStrategy {
    double calculateShippingCost(Order order);
}

2. 实现具体的策略类

javaCopy Code
// 快递运送策略
public class ExpressShippingStrategy implements ShippingStrategy {
    @Override
    public double calculateShippingCost(Order order) {
        return order.getWeight() * 10.0;
    }
}

// 标准运送策略
public class StandardShippingStrategy implements ShippingStrategy {
    @Override
    public double calculateShippingCost(Order order) {
        return order.getWeight() * 5.0;
    }
}

// 免费运送策略
public class FreeShippingStrategy implements ShippingStrategy {
    @Override
    public double calculateShippingCost(Order order) {
        return 0.0;  // 免费运送
    }
}

3. 上下文类（Order）

javaCopy Code
// 订单类
public class Order {
    private double weight; // 订单重量
    private ShippingStrategy shippingStrategy; // 运送策略

    public Order(double weight) {
        this.weight = weight;
    }

    public void setShippingStrategy(ShippingStrategy shippingStrategy) {
        this.shippingStrategy = shippingStrategy;
    }

    public double getWeight() {
        return weight;
    }

    public double calculateShippingCost() {
        return shippingStrategy.calculateShippingCost(this);
    }
}

4. 客户端代码

javaCopy Code
public class StrategyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建订单对象
        Order order = new Order(5.0); // 重量为5kg的订单

        // 设置使用快递运送策略
        order.setShippingStrategy(new ExpressShippingStrategy());
        System.out.println("运费（快递）: " + order.calculateShippingCost());

        // 设置使用标准运送策略
        order.setShippingStrategy(new StandardShippingStrategy());
        System.out.println("运费（标准）: " + order.calculateShippingCost());

        // 设置使用免费运送策略
        order.setShippingStrategy(new FreeShippingStrategy());
        System.out.println("运费（免费）: " + order.calculateShippingCost());
    }
}

3.1.2 运行结果

Copy Code
运费（快递）: 50.0
运费（标准）: 25.0
运费（免费）: 0.0

3.1.3 解析

在这个例子中，我们通过不同的运送策略（如：快递、标准、免费）来计算运费。通过策略模式，我们可以将不同的运送方式封装到不同的策略类中，客户端可以动态选择合适的策略来计算运费，避免了条件判断语句的使用，同时使得算法（运送方式）可以独立于客户端代码进行扩展和变化。

4. 真实世界中的策略模式应用场景

4.1 支付方式选择

在电商平台中，用户可以选择不同的支付方式，如：支付宝、微信支付、银行卡支付等。每种支付方式的支付流程和费用计算方式不同。使用策略模式，系统可以根据用户的选择来切换不同的支付策略。

4.2 排序算法

在数据排序的场景中，可能会根据不同的需求使用不同的排序算法，比如快速排序、冒泡排序、插入排序等。通过策略模式，可以将这些排序算法封装成独立的策略类，客户端可以根据需求选择不同的排序算法。

4.3 旅游推荐系统

在旅游推荐系统中，可能会根据用户的兴趣、预算、天气等因素推荐不同的旅游路线。每个推荐策略可能会使用不同的规则和算法来生成推荐列表。通过策略模式，可以将不同的推荐算法封装成策略类，系统根据用户的选择来动态选择不同的推荐策略。

5. 策略模式与其他设计模式的关系

策略模式与其他一些设计模式有一定的关联和区别：

策略模式与工厂模式：工厂模式和策略模式的结合常常被用来创建策略对象。在某些情况下，工厂模式可以用来生成策略对象，而策略模式则用来选择和使用这些策略。
策略模式与状态模式：状态模式与策略模式非常相似，二者都允许动态改变对象的行为。但它们的应用场景不同，策略模式用于算法的选择，而状态模式用于对象状态的变化。

6. 总结

策略模式通过将不同的算法封装成独立的策略类，使得它们可以互换。客户端可以根据需要选择不同的算法，避免了大量条件判断语句的使用。策略模式具有很高的灵活性和扩展性，尤其适用于算法集较为丰富且可能会变化的场景。

在实际开发中，策略模式常常与工厂模式结合使用，通过工厂模式动态创建策略对象，并使用策略模式实现不同算法的选择。它不仅符合开闭原则，还能有效提高系统的可维护性和可扩展性。