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掌握策略设计模式：开发人员指南
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作为软件工程师，我们不断地承担着创建可维护、灵活和可扩展的系统的任务。在这种情况下，设计模式是强大的工具，可以帮助我们以结构化和可重用的方式解决重复出现的问题。其中一种设计模式是策略模式，它是行为模式家族的一部分。
策略模式允许您定义一系列算法，封装每个算法，并使它们可以互换。这意味着客户端可以在运行时选择合适的算法或策略，而无需改变系统的核心功能。
在这篇博客中，我将深入探讨策略模式、其关键概念和组件、一个现实世界的示例，以及何时以及为何应该使用它。我们还将探索策略模式如何与抽象、枚举甚至工厂模式一起工作，以使设计更加健壮和灵活。
什么是策略设计模式？
策略模式是一种行为设计模式，可以在运行时选择算法的行为。策略模式不是采用单一的整体算法，而是允许行为（或策略）可以互换，这使得系统更加灵活且更易于维护。
核心理念：
- 定义一系列算法（策略）。
- 将每个算法封装在一个单独的类中。
- 使算法可以互换。
- 让客户端选择在运行时使用哪种算法。
何时以及为何应该使用策略模式？
用例：
策略模式在以下情况下特别有用：
- 您有一系列算法，客户端必须选择一个来执行。
- 您需要动态选择不同的行为（例如排序、定价、付款处理）。
- 该行为独立于客户端，但根据上下文而变化。
- 您希望避免决定执行哪种行为的大型条件语句（例如 if 或 switch）。
为什么使用它？
关注点分离：策略模式将算法的关注点与系统的其余部分分开。客户端代码不知道算法内部如何工作，使其更加模块化。
可扩展性：无需更改现有代码，只需添加新策略类即可添加新算法。
可维护性：通过将不同的行为委托给各个策略类来降低代码的复杂性，从而使维护更容易。
什么时候不使用？
简单算法：如果您正在使用的算法很简单并且不会改变，那么使用策略模式可能会有点矫枉过正。
太多策略：如果你有大量策略，可能会导致类爆炸，这可能会损害可读性并增加复杂性。
不频繁更改：如果算法不经常更改，引入策略模式可能会带来不必要的复杂性。
策略模式的关键概念和组成部分
策略模式由以下关键组件组成：
-
上下文：
- 这是将与策略对象交互的类。它通常包含对策略的引用并将实际行为委托给该策略。
-
策略：
- 这是一个接口（或抽象类），声明了执行算法的方法。具体策略实现此接口以提供不同的行为。
-
具体策略：
- 这些是实现策略接口并定义特定算法或行为的类。
现实示例：支付处理系统
让我们考虑一个允许用户使用不同方式付款的支付处理系统，例如信用卡、paypal和加密货币。每种方法的付款处理方式有所不同，但上下文（本例中为 shoppingcart）需要能够处理付款，而不必担心每种付款方法的具体情况。
第 1 步：定义 paymentmethod 枚举
我们将首先使用枚举来定义不同的付款方式。这使得付款方式选择类型安全并且更易于管理。
public enum paymentmethod { credit_card, paypal, cryptocurrency; } 第 2 步：创建 paymentinformation 类
此类封装了处理付款所需的详细信息。它包含付款方式和付款详细信息（例如卡号、电子邮件或加密货币地址）。
public class paymentinformation { private paymentmethod paymentmethod; private string paymentdetails; public paymentinformation(paymentmethod paymentmethod, string paymentdetails) { this.paymentmethod = paymentmethod; this.paymentdetails = paymentdetails; } public paymentmethod getpaymentmethod() { return paymentmethod; } public string getpaymentdetails() { return paymentdetails; } } 第 3 步：定义 paymentstrategy 接口
这将是所有支付策略的基本界面。它定义了通用方法 pay()，所有具体策略都会实现该方法。
public abstract class paymentstrategy { protected paymentinformation paymentinformation; public paymentstrategy(paymentinformation paymentinformation) { this.paymentinformation = paymentinformation; } public abstract void pay(double amount); protected boolean validatepaymentdetails() { return paymentinformation != null && paymentinformation.getpaymentdetails() != null && !paymentinformation.getpaymentdetails().isempty(); } } 第四步：实施具体策略
在这里，我们实现了 creditcardpayment、paypalpayment 和 cryptopayment 的具体策略。这些类中的每一个都根据付款类型实现 pay() 方法。
信用卡付款策略
public class creditcardpayment extends paymentstrategy { public creditcardpayment(paymentinformation paymentinformation) { super(paymentinformation); } @override public void pay(double amount) { if (validatepaymentdetails()) { system.out.println("paid " + amount + " using credit card: " + paymentinformation.getpaymentdetails()); } else { system.out.println("invalid credit card details."); } } } paypal 付款策略
public class paypalpayment extends paymentstrategy { public paypalpayment(paymentinformation paymentinformation) { super(paymentinformation); } @override public void pay(double amount) { if (validatepaymentdetails()) { system.out.println("paid " + amount + " using paypal: " + paymentinformation.getpaymentdetails()); } else { system.out.println("invalid paypal details."); } } } 加密货币支付策略
public class cryptopayment extends paymentstrategy { public cryptopayment(paymentinformation paymentinformation) { super(paymentinformation); } @override public void pay(double amount) { if (validatepaymentdetails()) { system.out.println("paid " + amount + " using cryptocurrency to address: " + paymentinformation.getpaymentdetails()); } else { system.out.println("invalid cryptocurrency address."); } } } 第5步：工厂选择策略
我们将使用工厂模式根据付款方式实例化适当的付款策略。这使得系统更加灵活，并允许客户端在运行时选择付款方式。
public class paymentstrategyfactory { public static paymentstrategy createpaymentstrategy(paymentinformation paymentinformation) { switch (paymentinformation.getpaymentmethod()) { case credit_card: return new creditcardpayment(paymentinformation); case paypal: return new paypalpayment(paymentinformation); case cryptocurrency: return new cryptopayment(paymentinformation); default: throw new illegalargumentexception("unsupported payment method: " + paymentinformation.getpaymentmethod()); } } } 第 6 步：客户端代码（购物车）
shoppingcart 类是使用支付策略的上下文。它将支付责任委托给工厂选择的策略。
public class shoppingcart { private paymentstrategy paymentstrategy; public shoppingcart(paymentinformation paymentinformation) { this.paymentstrategy = paymentstrategyfactory.createpaymentstrategy(paymentinformation); } public void checkout(double amount) { paymentstrategy.pay(amount); } public void setpaymentinformation(paymentinformation paymentinformation) { this.paymentstrategy = paymentstrategyfactory.createpaymentstrategy(paymentinformation); } } 第 7 步：运行示例
public class main { public static void main(string[] args) { paymentinformation cardinfo = new paymentinformation(paymentmethod.credit_card, "1234-5678-9876"); shoppingcart cart = new shoppingcart(cardinfo); cart.checkout(250.0); paymentinformation paypalinfo = new paymentinformation(paymentmethod.paypal, "john.doe@example.com"); cart.setpaymentinformation(paypalinfo); cart.checkout(150.0); paymentinformation cryptoinfo = new paymentinformation(paymentmethod.cryptocurrency, "1a2b3c4d5e6f"); cart.setpaymentinformation(cryptoinfo); cart.checkout(500.0); } } 输出：
Paid 250.0 using Credit Card: 1234-5678-9876 Paid 150.0 using PayPal: john.doe@example.com Paid 500.0 using Cryptocurrency to address: 1A2B3C4D5E6F
策略模式的好处
- 灵活性：可以在运行时轻松交换策略，从而实现动态
行为改变而不修改核心逻辑。
- 可扩展性：添加新策略不需要修改现有代码；您只需创建新的策略类。
- 关注点分离：策略封装了算法，因此上下文类（例如 shoppingcart）不知道付款是如何处理的。
- 可维护性：代码更干净且更易于维护，因为每个策略的逻辑都隔离在自己的类中。
策略模式的缺点
- 复杂性：引入多种策略会增加系统中类的数量，这可能会导致导航变得更加困难，尤其是对于简单的用例。
- 开销：在某些情况下，如果策略数量很少，使用此模式可能会引入不必要的抽象和开销。
- 依赖管理：管理策略及其初始化之间的依赖关系可能需要额外的开销，特别是当策略依赖于外部资源时。
结论
策略模式是实现系统灵活性和模块化的基本设计模式。它提供了一种优雅的方式来封装算法，并在不修改现有代码的情况下实现运行时的灵活性。无论您是构建支付处理系统、排序算法库，甚至是游戏 ai 引擎，策略模式都可以帮助您的代码更具可维护性、可扩展性，并且随着需求的发展更容易修改。
通过利用抽象、枚举和工厂模式，您可以构建更强大的系统，既类型安全又灵活。
延伸阅读
- 设计模式：可重用面向对象软件的元素作者：erich gamma、richard helm、ralph johnson、john vlissides – 这是一本开创性的书，介绍了许多设计模式，包括策略模式。
- head first 设计模式 作者：eric freeman、elisabeth robson – 通过实际示例对设计模式进行平易近人的介绍。
- 重构：改进现有代码的设计，作者：martin fowler – 探索设计模式在重构代码中的价值，以实现更好的可维护性。
