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設計模式之一：策略模式（Strategy pattern）
定義：
定義了算法族，分別封裝起來，讓它們之間可以互相替換，此模式讓算法的變化獨立於使用算法的客戶。
The strategy pattern definesa family of algorithms, encapsulates each one, and makes them interchangeable.Strategy lets the algorithm vary independently from clients that use it.
要點：
1. 知道OO基礎，並不足以讓你設計出良好的OO係統。
2. 良好的OO設計必須具備可複用、可擴充、可維護三個特性。
3. 模式可以讓我們建造出具有良好OO設計質量的係統。
4. 模式被認為是曆經驗證的OO設計經驗。
5. 模式不是代碼，而是針對設計問題的通用解決方案。你可以把它們應用到特定的應用中。
6. 模式不是被發明，而是被發現。
7. 大多數的模式和原則，都著眼於軟件變化的主題。
8. 大多數的模式都允許係統局部改變獨立於其他部分。
9. 我們常把係統中會變化的部分抽出來封裝。
10. 模式讓開發人員之間有共享的語言，能夠最大化溝通的價值。
模式介紹
策略模式是一個很簡單的模式，也是一個很常用的模式，可謂短小精悍。廢話不多說了，下麵開始介紹策略模式。
Joe的公司做了一套相當成功的模擬鴨子遊戲：SimUDuck.遊戲中會出現各種鴨子，一邊遊泳戲水，一遍呱呱叫。係統的核心類圖如下所示：
如圖所示，在Duck基類裏實現了公共的quack()和swim()方法，而MallardDuck和RedheadDuck可以分別覆蓋實現自己的display()方法，這樣既重用了公共的部分，又支持了不同子類的個性化擴展。
隨著公司競爭壓力的加劇，公司主管決定設計出會飛的鴨子來將競爭對手拋在後頭。Joe拍著胸脯保證一個星期就可以解決。Joe發現隻要在Duck類中加上fly()方法，然後所有鴨子都會繼承fly().
Joe很高興的帶著自己的產品到股東會議上去展示，有很多“橡皮鴨子”飛來飛去。這是怎麼回事？原來Joe忽略了一件事：並非Duck所有的子類都會飛。Joe在Duck超類中加上新的行為，會使得某些並不適合該行為的子類 也具有該行為。現在可好了！SimUDuck程序中有了一個無生命的會飛的東西。他意會到了一件事：當涉及“維護”時，為了“複用”目的而使用繼承，結局並不完美。Joe很鬱悶！他突然想到：如果在RubberDuck類裏把fly()方法重寫一下會如何？在RubberDuck類的fly()裏讓橡皮鴨子什麼都不做，不就一切OK了嗎！那以後再增加一個木頭鴨子呢？它不會飛也不會叫，那不是要再重寫quack()和fly()方法，以後再增加其它特殊的鴨子都要這樣，這不是太麻煩了，而且也很混亂。
最終，Joe認識到使用繼承不是辦法，因為他的上司通知他，董事會決定以後每6個月就會升級一次係統，以應對市場競爭，所以未來的變化會很頻繁，而且還不可預知。如果以後靠逐個類去判斷是否重寫了quack()或fly()方法來應對變化，顯然混不下去！
那麼用接口能不能解決這個問題嗎？把fly()從超類中取出來，放進一個“Flyable接口”中。這麼一來隻有會飛的鴨子才實習該接口。同樣的方式，也可以用來設計一個“Quackable接口”，因為不是所以的鴨子都會叫。
但是這種方法會出現代碼無法重用的問題，如果鴨子的類特別多的話，就這麼幾個鴨子還好說，但是我們有幾十、上百個鴨子的時候你怎麼辦？如果某個方法要做一點修改，就需要重複修改上百遍。
嗬嗬！如果你是Joe，你該怎麼辦？
我們知道，並不是所有的鴨子都會飛、會叫，所以繼承不是正確的方法。但是雖然上麵的使用Flyable接口的方法，可以解決部分問題(不再有會飛的橡皮鴨子)，但是這個解決方案卻徹底破壞了重用，它帶來了另一個維護的噩夢！而且還有一個問題我們前麵沒有提到，難道所有的鴨子的飛行方式、叫聲等行為都是一模一樣的嗎？不可能吧！
說到這裏，為了能幫助Joe擺脫困境，我們有必要先停下來，重新回顧一些麵向對象設計原則。請您告訴我：“什麼東西是在軟件開發過程中是恒定不變的？”，您想到了嗎？對，那就是變化本身，正所謂“計劃沒有變化快”，所以直麵“變化這個事實”才是正道！Joe麵對的問題是，鴨子的行為在子類裏持續不斷地改變，所以讓所有的子類都擁有基類的行為是不適當的，而使用上麵的接口的方式，又破壞了代碼重用。現在就需要用到我們的第一個設計原則：
找出應用中可能需要變化之處，把它們獨立出來，不要和那些不需要變化的代碼混在一起。
換句話說，如果每次心的需求一來，都會使某方麵的代碼發生變化，那麼你就可以確定，這部分的代碼需要被抽出來，和其他文檔的代碼有所區分。這個原則的另一種思考方式是：把會變化的部分取出並封裝起來，以便以後可以輕易地蓋棟或擴充此部分，而不影響不需要變化的其他部分。
OK！現在我們已經有了一條設計原則，那麼Joe的問題怎麼辦呢？就鴨子的問題來說，變化的部分就是子類裏的行為。所以我們要把這部分行為封裝起來，省得它們老惹麻煩！從目前的情況看，就是fly()和quack()行為總是不老實，而swim()行為是很穩定的，這個行為是可以使用繼承來實現代碼重用的，所以，我們需要做的就是把fly()和quack()行為從Duck基類裏隔離出來。我們需要創建兩組不同的行為，一組表示fly()行為，一組表示quack()行為。為什麼是兩組而不是兩個呢？因為對於不同的子類來說，fly()和quack()的表現形式都是不一樣的，有的鴨子嘎嘎叫，有的卻呷呷叫。有了這兩組行為，我們就可以組合出不同的鴨子，例如：我們可能想要實例化一個新的MallardDuck(野鴨)實例，並且給它初始化一個特殊類型的飛行行為(野鴨飛行能力比較強)。那麼，如果我們可以這樣，更進一步，為什麼我們不可以動態地改變一個鴨子的行為呢？換句話說，我們將在Duck類裏包含行為設置方法，所以我們可以說在運行時改變MallardDuck的飛行行為，這聽起來更酷更靈活了！那麼我們到底要怎麼做呢？回答這個問題，先要看一下我們的第二個設計原則：
麵向接口編程，而不是針對實現編程。
針對接口編程真正的意思是針對超類型編程。“針對接口編程”關鍵就在多態。利用多態，程序可以針對超類型編程，執行時會根據實際狀況執行到真正的行為，不會被蚌寺在超類型的行為上。“針對超類型編程”這句話，可以更明確地說成“變量的生命類型應該是超類型，通常是一個抽象類或者是一個接口，如此，隻要是具體實現此超類型的類所產生的對象，都可以指定給這個變量。這也意味著，聲明類時不用理會以後執行時的真正對象類型”
根據麵向接口編程的設計原則，我們應該用接口來隔離鴨子問題中變化的部分，也就是鴨子的不穩定的行為(fly()、quack())。
第一步：我們要給Duck類增加兩個接口類型的實例變量，分別是flyBehavior和quackBehavior，它們其實就是新的設計裏的“飛行”和“叫喚”行為。每個鴨子對象都將會使用各種方式來設置這些變量，以引用它們期望的運行時的特殊行為類型(使用橫著飛，吱吱叫，等等)。
第二步：我們還要把fly()和quack()方法從Duck類裏移除，因為我們已經把這些行為移到FlyBehavior和QuackBehavior接口裏了。我們將使用兩個相似的PerformFly()和PerformQuack()方法來替換fly()和qucak()方法，後麵你會看到這兩個新方法是如何起作用的。
第三步：我們要考慮什麼時候初始化flyBehavior和quackBehavior變量。最簡單的辦法就是在Duck類初始化的時候同時初始化他們。但是我們這裏還有更好的辦法，就是提供兩個可以動態設置變量值的方法SetFlyBehavior()和SetQuackBehavior()，那麼就可以在運行時動態改變鴨子的行為了。
修改後的Duck類如下圖所示：
測試代碼：
public abstract class Duck {
FlyBehavior flyBehavior;
QuackBehavior quackBehavior;
public Duck(){}
public void performFly()
{
flyBehavior.fly();
}
public void performQuack()
{
quackBehavior.quack();
}
public void swim()
{
System.out.println("All ducks float,even decoys!");
}
public void setFlyBehavior(FlyBehavior fb)
{
flyBehavior = fb;
}
public void setQuackBehavior(QuackBehavior qb)
{
quackBehavior = qb;
}
}
public class ModelDuck extends Duck{
public ModelDuck()
{
flyBehavior = new FlyNoWay();
quackBehavior = new Quack();
}
public void display()
{
System.out.println("I'm a model duck");
}
}
public class MallardDuck extends Duck{
public MallardDuck()
{
quackBehavior = new Quack();
flyBehavior = new FlyWithWings();
}
public void display()
{
System.out.println("I'm a real Mallard duck");
}
}
public class MuteQuack implements QuackBehavior {
@Override
public void quack() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("<<Silence>>");
}
}
public interface FlyBehavior {
public void fly();
}
public class FlyNoWay implements FlyBehavior {
public void fly(){
System.out.println("I can't fly");
}
}
public class FlyRocketPowered implements FlyBehavior {
@Override
public void fly() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("I'm flying with a rocket!");
}
}
public class FlyWithWings implements FlyBehavior {
public void fly(){
System.out.println("I'm flying");
}
}
public interface QuackBehavior {
public void quack();
}
public class Quack implements QuackBehavior {
@Override
public void quack() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("Quack");
}
}
public class Squeak implements QuackBehavior {
@Override
public void quack() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("Squeak");
}
}
public class MiniDuckSimulator {
public static void main(String[] args){
Duck mallard = new MallardDuck();
mallard.performQuack();
mallard.performFly();
Duck model = new ModelDuck();
model.performQuack();
model.performFly();
model.setFlyBehavior(new FlyRocketPowered());
model.performFly();
}
}
程序運行結果如下：
應用場景和優缺點
上麵我們已經看過了Strategy模式的詳細介紹，下麵我們再來簡單說說這個模式的優缺點吧！怎麼說呢，人無完人，設計模式也不是萬能的，每一個模式都有它的使命，也就是說隻有在特定的場景下才能發揮其功效。我們要使用好模式，就必須熟知各個模式的應用場景。
對於Strategy模式來說，主要有這些應用場景：
1、 多個類隻區別在表現行為不同，可以使用Strategy模式，在運行時動態選擇具體要執行的行為。(例如FlyBehavior和QuackBehavior)
2、 需要在不同情況下使用不同的策略(算法)，或者策略還可能在未來用其它方式來實現。(例如FlyBehavior和QuackBehavior的具體實現可任意變化或擴充)
3、 對客戶(Duck)隱藏具體策略(算法)的實現細節，彼此完全獨立。
對於Strategy模式來說，主要有如下優點：
1、 提供了一種替代繼承的方法，而且既保持了繼承的優點(代碼重用)還比繼承更靈活(算法獨立，可以任意擴展)。
2、 避免程序中使用多重條件轉移語句，使係統更靈活，並易於擴展。
3、 遵守大部分GRASP原則和常用設計原則，高內聚、低偶合。
對於Strategy模式來說，主要有如下缺點：
1、 因為每個具體策略類都會產生一個新類，所以會增加係統需要維護的類的數量。
封裝行為的大局觀
最後更新：2017-04-04 07:03:51