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1. 引言

在软件开发中,我们经常需要实现一些算法或策略,而这些算法可能会随着需求的变化而改变。策略模式就是为了应对这种情况而生的,它提供了一种灵活且可扩展的方式来管理和切换不同的算法。

2. 什么是策略模式?

策略模式(Strategy Pattern)是一种行为型设计模式,它定义了算法家族,分别封装起来,让它们之间可以互相替换,此模式让算法的变化独立于使用算法的客户端。

3. 策略模式的结构

策略模式主要包含以下三个角色:

1. Context(上下文): 持有一个Strategy的引用
2. Strategy(抽象策略类): 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
3. ConcreteStrategy(具体策略类): 实现了Strategy接口的具体算法

4. 策略模式的实现

一个电商系统,需要根据不同的会员等级提供不同的折扣策略。

首先,定义一个折扣策略接口:

public interface DiscountStrategy {double applyDiscount(double price);
}

然后,实现几个具体的折扣策略:

// 普通会员折扣
public class RegularDiscountStrategy implements DiscountStrategy {@Overridepublic double applyDiscount(double price) {return price * 0.95; // 5%折扣}
}// 黄金会员折扣
public class GoldDiscountStrategy implements DiscountStrategy {@Overridepublic double applyDiscount(double price) {return price * 0.9; // 10%折扣}
}// 白金会员折扣
public class PlatinumDiscountStrategy implements DiscountStrategy {@Overridepublic double applyDiscount(double price) {return price * 0.85; // 15%折扣}
}

接下来,创建一个上下文类来使用这些策略:

public class ShoppingCart {private DiscountStrategy discountStrategy;public void setDiscountStrategy(DiscountStrategy discountStrategy) {this.discountStrategy = discountStrategy;}public double checkout(double price) {if (discountStrategy == null) {return price;}return discountStrategy.applyDiscount(price);}
}

最后,可以在客户端代码中使用这个购物车ShoppingCart :

public class Client {public static void main(String[] args) {ShoppingCart cart = new ShoppingCart();// 普通会员购物cart.setDiscountStrategy(new RegularDiscountStrategy());System.out.println("Regular member's price: " + cart.checkout(100));// 黄金会员购物cart.setDiscountStrategy(new GoldDiscountStrategy());System.out.println("Gold member's price: " + cart.checkout(100));// 白金会员购物cart.setDiscountStrategy(new PlatinumDiscountStrategy());System.out.println("Platinum member's price: " + cart.checkout(100));}
}

5. 策略模式的优点

1. 算法可以自由切换: 只要实现了策略接口,就可以自由地在不同策略间切换。
2. 避免使用多重条件判断: 如果不使用策略模式,可能需要使用多重条件语句来选择不同的算法。
3. 扩展性良好: 在不修改原有系统的基础上,可以灵活地增加新的算法。
4. 策略类之间可以自由替换: 由于所有策略类都实现同一个接口,所以它们之间可以自由替换。

6. 策略模式的缺点

1. 客户端必须知道所有的策略类,并自行决定使用哪一个策略类。
2. 策略模式将造成产生很多策略类,可能会增加系统的复杂度。
3. 每一个策略都是一个单独的类,复用性较低。

7. 策略模式的应用场景

1. 当一个系统需要动态地在几种算法中选择一种时。
2. 当一个对象有很多的行为,如果不用模式,这些行为就只好使用多重条件选择语句来实现。
3. 不希望客户端知道复杂的、与算法相关的数据结构,在具体策略类中封装算法和相关的数据结构,提高算法的保密性与安全性。

8. 策略模式与其他模式的关系

1. 工厂模式: 工厂模式可以用来创建策略对象,与策略模式配合使用。
2. 状态模式: 策略模式和状态模式的结构几乎完全一样,但它们的意图不同。
3. 命令模式: 命令模式可以使用策略模式来参数化命令对象。

9. Java标准库中的策略模式

Java标准库中有很多使用策略模式的例子。

1. java.util.Comparator

Comparator接口是Java中最常见的策略模式实现之一。它允许我们定义对象的自定义排序策略。

示例：

import java.util.*;public class ComparatorExample {public static void main(String[] args) {List<String> names = Arrays.asList("John", "Alice", "Bob", "Charlie");// 使用自然顺序（字母顺序）Collections.sort(names);System.out.println("Natural order: " + names);// 使用自定义比较器（按长度排序）Collections.sort(names, new Comparator<String>() {@Overridepublic int compare(String s1, String s2) {return s1.length() - s2.length();}});System.out.println("Sorted by length: " + names);// 使用Lambda表达式（按长度降序排序）Collections.sort(names, (s1, s2) -> s2.length() - s1.length());System.out.println("Sorted by length (descending): " + names);}
}

在这个例子中，Comparator就是策略接口，不同的排序方法是具体的策略实现。

2. java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor类使用策略模式来决定如何处理新提交的任务，特别是当线程池已满时。

示例：

import java.util.concurrent.*;public class ThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 使用CallerRunsPolicyThreadPoolExecutor executorWithCallerRuns = new ThreadPoolExecutor(2, 2, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(2),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());// 使用DiscardPolicyThreadPoolExecutor executorWithDiscard = new ThreadPoolExecutor(2, 2, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(2),new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());// 提交任务for (int i = 0; i < 10; i++) {final int taskId = i;executorWithCallerRuns.execute(() -> {System.out.println("Task " + taskId + " executed by " + Thread.currentThread().getName());});}executorWithCallerRuns.shutdown();executorWithDiscard.shutdown();}
}

这里，RejectedExecutionHandler接口是策略接口，CallerRunsPolicy和DiscardPolicy是具体的策略实现。

3. javax.servlet.http.HttpServlet

虽然不是严格意义上的策略模式，HttpServlet类使用了类似策略模式的方法来处理不同类型的HTTP请求。

示例：

import javax.servlet.http.*;
import java.io.IOException;public class MyServlet extends HttpServlet {@Overrideprotected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {response.getWriter().println("GET request handled");}@Overrideprotected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {response.getWriter().println("POST request handled");}// 其他HTTP方法...
}

在这个例子中，不同的HTTP方法（GET、POST等）可以看作是不同的策略。

4. java.io.InputStream

InputStream类及其子类使用了策略模式来实现不同的读取策略。

示例：

import java.io.*;public class InputStreamExample {public static void main(String[] args) throws IOException {// 文件输入流策略try (InputStream fileIn = new FileInputStream("example.txt")) {int data = fileIn.read();while(data != -1) {System.out.print((char) data);data = fileIn.read();}}// 字节数组输入流策略byte[] bytes = "Hello, World!".getBytes();try (InputStream byteArrayIn = new ByteArrayInputStream(bytes)) {int data = byteArrayIn.read();while(data != -1) {System.out.print((char) data);data = byteArrayIn.read();}}}
}

这里，InputStream是抽象策略，FileInputStream和ByteArrayInputStream是具体策略。

5. javax.swing.LayoutManager

Swing库中的LayoutManager接口使用策略模式来定义不同的布局策略。

示例：

import javax.swing.*;
import java.awt.*;public class LayoutExample {public static void main(String[] args) {JFrame frame = new JFrame("Layout Example");frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);// 使用FlowLayout策略JPanel flowPanel = new JPanel(new FlowLayout());flowPanel.add(new JButton("Button 1"));flowPanel.add(new JButton("Button 2"));// 使用BorderLayout策略JPanel borderPanel = new JPanel(new BorderLayout());borderPanel.add(new JButton("North"), BorderLayout.NORTH);borderPanel.add(new JButton("South"), BorderLayout.SOUTH);frame.add(flowPanel, BorderLayout.NORTH);frame.add(borderPanel, BorderLayout.CENTER);frame.pack();frame.setVisible(true);}
}

在这个例子中，LayoutManager是策略接口，FlowLayout和BorderLayout是具体的布局策略。

10. 总结

策略模式是一种非常实用的设计模式,它提供了管理算法族、分离算法实现和算法使用的有效方法。通过策略模式,可以在不修改原有系统的情况下,灵活地增加新的算法或行为。在实际开发中,应该根据具体情况来判断是否使用策略模式,以达到代码复用、增强扩展性和维护性的目的。