策略模式（Strategy Pattern）
1. 概念
策略模式是一种行为型设计模式，它定义了一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化。
通过策略模式，我们可以将不同的算法封装到独立的类中，并通过客户端在运行时选择具体的策略类。这种模式的优点是提高了代码的灵活性和可扩展性。
2. 模式结构
策略模式通常包含以下几个组成部分：
- 策略接口（Strategy）: 定义算法的公共接口。
- 具体策略（Concrete Strategy）: 实现不同的算法。
- 上下文类（Context）: 负责使用策略，维护对策略对象的引用。
3. UML 类图
+------------------+ +----------------+
| Context | | Strategy |
|------------------| |----------------|
| - strategy: IStrategy |<------| + Algorithm() |
| + SetStrategy() | +----------------+
| + ExecuteAlgorithm() | /\
+------------------+ / \/ \+----------------+ +----------------+| StrategyA | | StrategyB |+----------------+ +----------------+| + Algorithm() | | + Algorithm() |+----------------+ +----------------+4. 实现方式
C# 示例
步骤1：定义策略接口
public interface IStrategy
{void Algorithm();
}
步骤2：实现具体策略类
public class ConcreteStrategyA : IStrategy
{public void Algorithm(){Console.WriteLine("Using Strategy A.");}
}public class ConcreteStrategyB : IStrategy
{public void Algorithm(){Console.WriteLine("Using Strategy B.");}
}
步骤3：实现上下文类
public class Context
{private IStrategy _strategy;public void SetStrategy(IStrategy strategy){_strategy = strategy;}public void ExecuteAlgorithm(){_strategy?.Algorithm();}
}
步骤4：使用策略模式
class Program
{static void Main(string[] args){Context context = new Context();context.SetStrategy(new ConcreteStrategyA());context.ExecuteAlgorithm(); // Output: Using Strategy A.context.SetStrategy(new ConcreteStrategyB());context.ExecuteAlgorithm(); // Output: Using Strategy B.}
}
Java 示例
步骤1：定义策略接口
public interface Strategy {void algorithm();
}
步骤2：实现具体策略类
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {@Overridepublic void algorithm() {System.out.println("Using Strategy A.");}
}public class ConcreteStrategyB implements Strategy {@Overridepublic void algorithm() {System.out.println("Using Strategy B.");}
}
步骤3：实现上下文类
public class Context {private Strategy strategy;public void setStrategy(Strategy strategy) {this.strategy = strategy;}public void executeAlgorithm() {strategy.algorithm();}
}
步骤4：使用策略模式
public class Main {public static void main(String[] args) {Context context = new Context();context.setStrategy(new ConcreteStrategyA());context.executeAlgorithm(); // Output: Using Strategy A.context.setStrategy(new ConcreteStrategyB());context.executeAlgorithm(); // Output: Using Strategy B.}
}
5. 优点
- 易于扩展: 可以随时添加新的策略类，而不影响现有系统。
- 代码复用: 将通用行为抽象出来，避免重复代码。
- 动态决策: 客户端可以根据不同的情况动态选择策略。
6. 缺点
- 增加对象数目: 如果策略过多，可能会导致类的数量大幅增加。
- 策略切换复杂: 如果策略之间的切换过于频繁，可能会影响性能。
7. 应用场景
- 场景1: 支付系统
在支付系统中，可以根据用户的选择使用不同的支付方式（如信用卡、PayPal、银行转账等）。不同的支付方式可以作为不同的策略实现，用户在支付时动态选择支付方式。 - 场景2: 算法的多变实现
对于排序算法、路径规划算法等场景，可以使用策略模式来封装不同的算法实现。比如，客户端可以根据数据集的大小选择使用快速排序、归并排序等不同的策略。 - 场景3: 日志记录策略
在某些系统中，可以根据不同的运行环境（开发、生产）动态决定使用不同的日志记录方式，如控制台日志、文件日志、远程日志等。
8. 与其他模式的比较
小结
策略模式非常适用于需要根据不同条件动态选择算法或行为的场景。通过封装不同的策略实现，客户端代码可以更加简洁和灵活。
策略模式变体和实际应用场景
1. 变体
策略模式的基本思想虽然简单，但在实际使用中可以根据具体需求进行扩展和变体。以下是几种常见的变体：
变体1: 组合模式与策略模式结合
策略模式通常用于替换算法，而组合模式用于构建层次结构的复杂对象。将这两者结合，可以让策略模式的不同策略实现与组合对象配合，实现更加灵活的行为变化。
示例
如果我们有一个文件压缩系统，使用组合模式来管理文件夹和文件，同时使用策略模式来定义不同的压缩算法（如 ZIP、RAR、7z 等）。每种压缩策略独立实现，文件夹中的文件可以动态选择压缩策略。
变体2: 动态策略切换
通常，策略模式中策略的切换是由客户端代码来决定的。但在某些情况下，策略可以根据系统状态或外部条件自动切换。比如在某些实时系统中，可以根据负载条件动态切换算法。
示例
在网络请求中，可以根据网络延迟自动切换不同的策略，例如切换超时重试策略或者不同的缓存策略，以保证系统的稳定性和性能。
变体3: 缓存策略实例
为了提高性能，我们可以将策略对象缓存起来，而不是每次都重新创建策略实例。比如在大量重复调用的情况下，可以减少不必要的对象创建和销毁。
示例
在一个大规模应用程序中，不同的日志策略（如文件日志、数据库日志等）可以通过缓存实现。每次切换策略时，优先从缓存中获取，而不是每次都重新实例化。
变体4: 策略模式与模板方法模式结合
策略模式和模板方法模式可以结合使用。模板方法定义了算法的基本框架，但将具体步骤的实现延迟到策略类中。这样可以通过不同的策略类来实现框架的细化。
示例
在数据处理系统中，我们可以定义一个模板方法，处理步骤包括数据加载、处理和保存。
不同的策略类可以实现特定的数据处理方法，如文本处理、图像处理等。
2. 实际应用场景
场景1: 不同折扣策略的实现
电子商务平台通常会提供不同的折扣方式，例如满减、打折、会员优惠等。这些不同的折扣方式可以通过策略模式来实现，客户可以动态选择不同的折扣策略。
C#示例
public interface IDiscountStrategy
{decimal ApplyDiscount(decimal totalPrice);
}public class PercentageDiscount : IDiscountStrategy
{private decimal _percentage;public PercentageDiscount(decimal percentage){_percentage = percentage;}public decimal ApplyDiscount(decimal totalPrice){return totalPrice - (totalPrice * _percentage / 100);}
}public class FlatRateDiscount : IDiscountStrategy
{private decimal _flatRate;public FlatRateDiscount(decimal flatRate){_flatRate = flatRate;}public decimal ApplyDiscount(decimal totalPrice){return totalPrice - _flatRate;}
}public class Context
{private IDiscountStrategy _strategy;public void SetDiscountStrategy(IDiscountStrategy strategy){_strategy = strategy;}public decimal GetDiscountedPrice(decimal totalPrice){return _strategy.ApplyDiscount(totalPrice);}
}
客户可以根据不同的促销活动选择合适的折扣策略：
var context = new Context();
context.SetDiscountStrategy(new PercentageDiscount(10));
Console.WriteLine(context.GetDiscountedPrice(100)); // 打九折context.SetDiscountStrategy(new FlatRateDiscount(20));
Console.WriteLine(context.GetDiscountedPrice(100)); // 减去20元
场景2: 动态路由选择
在网络通信或导航系统中，路由算法可能会根据不同的需求动态调整。
例如，有时需要使用最短路径算法，有时需要使用最安全路径算法。策略模式可以用于封装这些不同的路径规划算法。
场景3: 图像渲染策略
在图像处理系统中，可以根据图像的质量或显示设备的性能来动态选择渲染算法。
对于高性能设备，可以选择复杂的高质量渲染算法；对于低性能设备，可以选择简单的低质量渲染策略。
场景4: 动态加密算法选择
在安全系统中，可以根据数据的敏感性或系统资源选择不同的加密算法。
某些场景下，可能需要使用快速但安全性较低的加密算法；而在更敏感的数据场景下，则使用更强的加密策略。
场景5: 数据导入导出
在企业软件中，数据导入导出功能可能支持多种格式（如CSV、XML、JSON等）。
可以使用策略模式封装每种格式的处理逻辑，用户可以根据需求选择不同的导入导出策略。
小结
策略模式的变体和实际应用展示了它的灵活性和扩展性。在复杂的系统中，策略模式可以帮助我们应对多变的需求，并为系统的可维护性提供保障。
