策略设计模式
策略模式(Strategy Pattern)是一种行为型设计模式,它定义了一系列算法,并将每个算法封装到具有公共接口的一系列具体策略类中,使它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户端。
概述
先看下面的图片,我们去旅游选择出行模式有很多种,可以骑自行车、可以坐汽车、可以坐火车、可以坐飞机。
作为一个程序猿,开发需要选择一款开发工具,当然可以进行代码开发的工具有很多,可以选择Idea进行开发,也可以使用eclipse进行开发,也可以使用其他的一些开发工具。
定义:
该模式定义了一系列算法,并将每个算法封装起来,使它们可以相互替换,且算法的变化不会影响使用算法的客户。策略模式属于对象行为模式,它通过对算法进行封装,把使用算法的责任和算法的实现分割开来,并委派给不同的对象对这些算法进行管理。
结构:
策略模式的主要角色如下:
- 抽象策略(Strategy)类:这是一个抽象角色,通常由一个接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体策略类所需的接口。
- 具体策略(Concrete Strategy)类:实现了抽象策略定义的接口,提供具体的算法实现或行为。
- 环境(Context)类:持有一个策略类的引用,最终给客户端调用。
策略模式的结构如下:
- 定义一个策略接口,声明一个方法用于执行具体的策略。
- 创建具体策略类,实现策略接口,并实现具体的策略。
- 创建一个上下文类,用于管理策略的执行。
- 在客户端代码中,根据具体场景选择合适的策略类,并调用其方法。
下面是一个简单的策略模式示例:
// 策略接口
public interface Strategy {
void execute();
}
// 具体策略类1
public class ConcreteStrategy1 implements Strategy {
@Override
public void execute() {
System.out.println("执行策略1");
}
}
// 具体策略类2
public class ConcreteStrategy2 implements Strategy {
@Override
public void execute() {
System.out.println("执行策略2");
}
}
// 上下文类
public class Context {
// 持有一个策略类的引用
private Strategy strategy;
public Context(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public void setStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public void executeStrategy() {
strategy.execute();
}
}
// 客户端代码
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Context context = new Context(new ConcreteStrategy1());
context.executeStrategy(); // 输出:执行策略1
context.setStrategy(new ConcreteStrategy2());
context.executeStrategy(); // 输出:执行策略2
}
}
在这个示例中,我们定义了一个策略接口,两个具体策略类,以及一个上下文类。客
户端可以根据具体场景选择合适的策略类,并调用其方法。
策略模式的主要优点是:
- 定义了一系列算法,并将它们封装到具有公共接口的具体策略类中,使得它们可以相互替换。
- 策略类独立于使用它的客户端,客户端不需要知道策略类的实现细节。
- 易于扩展,当需要添加新的算法时,只需要添加一个新的具体策略类即可。
- 策略类之间可以自由切换,由于策略类都实现同一个接口,所以使它们之间可以自由切换。
策略模式的主要缺点是:
- 策略类数量过多,会使代码变得复杂。
- 客户端需要知道所有的策略类,并选择合适的策略类。
使用场景
- 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种时,可将每个算法封装到策略类中。
- 一个类定义了多种行为,并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现,可将每个条件分支移入它们各自的策略类中以代替这些条件语句。
- 系统中各算法彼此完全独立,且要求对客户隐藏具体算法的实现细节时。
- 系统要求使用算法的客户不应该知道其操作的数据时,可使用策略模式来隐藏与算法相关的数据结构。
- 多个类只区别在表现行为不同,可以使用策略模式,在运行时动态选择具体要执行的行为。
JDK源码解析
Comparator
中的策略模式。在Arrays类中有一个 sort()
方法,如下:
public class Arrays{
public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
if (c == null) {
sort(a);
} else {
if (LegacyMergeSort.userRequested)
legacyMergeSort(a, c);
else
TimSort.sort(a, 0, a.length, c, null, 0, 0);
}
}
}
Arrays就是一个环境角色类,这个sort方法可以传一个新策略让Arrays根据这个策略来进行排序。就比如下面的测试类。
public class demo {
public static void main(String[] args) {
Integer[] data = {12, 2, 3, 2, 4, 5, 1};
// 实现降序排序
Arrays.sort(data, new Comparator<Integer>() {
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o2 - o1;
}
});
System.out.println(Arrays.toString(data)); //[12, 5, 4, 3, 2, 2, 1]
}
}
这里我们在调用Arrays的sort方法时,第二个参数传递的是Comparator接口的子实现类对象。所以Comparator充当的是抽象策略角色,而具体的子实现类充当的是具体策略角色。环境角色类(Arrays)应该持有抽象策略的引用来调用。那么,Arrays类的sort方法到底有没有使用Comparator子实现类中的 compare()
方法吗?让我们继续查看TimSort类的 sort()
方法,代码如下:
class TimSort<T> {
static <T> void sort(T[] a, int lo, int hi, Comparator<? super T> c,
T[] work, int workBase, int workLen) {
assert c != null && a != null && lo >= 0 && lo <= hi && hi <= a.length;
int nRemaining = hi - lo;
if (nRemaining < 2)
return; // Arrays of size 0 and 1 are always sorted
// If array is small, do a "mini-TimSort" with no merges
if (nRemaining < MIN_MERGE) {
int initRunLen = countRunAndMakeAscending(a, lo, hi, c);
binarySort(a, lo, hi, lo + initRunLen, c);
return;
}
...
}
private static <T> int countRunAndMakeAscending(T[] a, int lo, int hi,Comparator<? super T> c) {
assert lo < hi;
int runHi = lo + 1;
if (runHi == hi)
return 1;
// Find end of run, and reverse range if descending
if (c.compare(a[runHi++], a[lo]) < 0) { // Descending
while (runHi < hi && c.compare(a[runHi], a[runHi - 1]) < 0)
runHi++;
reverseRange(a, lo, runHi);
} else { // Ascending
while (runHi < hi && c.compare(a[runHi], a[runHi - 1]) >= 0)
runHi++;
}
return runHi - lo;
}
}
上面的代码中最终会跑到 countRunAndMakeAscending()
这个方法中。我们可以看见,只用了compare方法,所以在调用Arrays.sort方法只传具体compare重写方法的类对象就行,这也是Comparator接口中必须要子类实现的一个方法。