策略模式（Strategy Pattern）深度解析教程

于 2025-03-17 15:45:19 发布
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文章标签： 策略模式 设计模式 java
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一、模式定义

策略模式属于行为型设计模式，通过定义算法族并将其封装为独立的策略类，使得算法可以动态切换且与使用它的客户端解耦。该模式通过组合替代继承，符合开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。

二、核心角色

  1. Strategy（策略接口）

    • 定义所有支持的算法的公共接口

  2. ConcreteStrategy（具体策略）

    • 实现策略接口的具体算法

  3. Context（上下文）

    • 持有策略引用，提供修改策略的方法

    • 将客户端请求委托给当前策略

三、经典实现（电商促销场景）
// 1. 策略接口
public interface DiscountStrategy {
    double applyDiscount(double originalPrice);
}

// 2. 具体策略实现
// 无折扣策略
public class NoDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    @Override
    public double applyDiscount(double originalPrice) {
        return originalPrice;
    }
}

// 满减策略
public class FullReductionStrategy implements DiscountStrategy {
    private final double fullAmount;
    private final double reduction;

    public FullReductionStrategy(double fullAmount, double reduction) {
        this.fullAmount = fullAmount;
        this.reduction = reduction;
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double originalPrice) {
        return originalPrice >= fullAmount ? 
            originalPrice - reduction : originalPrice;
    }
}

// 百分比折扣策略
public class PercentageDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    private final double percentage;

    public PercentageDiscountStrategy(double percentage) {
        this.percentage = percentage;
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double originalPrice) {
        return originalPrice * (1 - percentage);
    }
}

// 3. 上下文类
public class PricingContext {
    private DiscountStrategy strategy;

    public PricingContext(DiscountStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void setStrategy(DiscountStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public double calculatePrice(double originalPrice) {
        return strategy.applyDiscount(originalPrice);
    }
}

// 4. 客户端使用
public class ECommerceApp {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始策略：无折扣
        PricingContext context = new PricingContext(new NoDiscountStrategy());
        double price = 500.0;

        System.out.println("原价: " + price);
        System.out.println("默认策略价格: " + context.calculatePrice(price));

        // 切换为满减策略（满400减100）
        context.setStrategy(new FullReductionStrategy(400, 100));
        System.out.println("满减策略价格: " + context.calculatePrice(price));

        // 切换为百分比折扣（8折）
        context.setStrategy(new PercentageDiscountStrategy(0.2));
        System.out.println("百分比折扣价格: " + context.calculatePrice(price));
    }
}

/* 输出：
原价: 500.0
默认策略价格: 500.0
满减策略价格: 400.0
百分比折扣价格: 400.0
*/
四、模式结构UML
          _________________________
         |       Strategy         |
         |------------------------|
         | + executeAlgorithm()   |
         |________________________|
                    ▲
       ____________|_____________
      |            |            |
______▼______  ____▼______  _____▼______
| Concrete  | | Concrete  | | Concrete  |
| StrategyA | | StrategyB | | StrategyC |
|___________| |___________| |___________|
                    ▲
                    |
               _____▼_____
              |  Context  |
              |-----------|
              | - strategy|
              |___________|
五、模式优劣分析

优势：

  • 避免使用多重条件判断语句

  • 符合开闭原则，新增策略无需修改现有代码

  • 算法可自由切换和组合

  • 便于单元测试（每个策略可独立测试）

劣势：

  • 客户端必须了解不同策略的区别

  • 策略类数量可能膨胀（需配合工厂模式管理）

  • 增加对象数量（每个策略都是独立对象）

六、应用场景

  1. 支付方式选择（支付宝、微信、银行卡等）

  2. 排序算法切换（快速排序、归并排序、冒泡排序）

  3. 文件解析策略（JSON、XML、CSV解析器）

  4. 导航策略（步行导航、驾车导航、公共交通）

  5. 压缩算法选择（ZIP、RAR、7z压缩策略）

七、Java标准库应用

  • Comparator接口

// 策略模式在排序中的应用
List<Integer> numbers = Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5);

// 使用不同排序策略
Collections.sort(numbers, Comparator.naturalOrder());  // 升序策略
Collections.sort(numbers, Comparator.reverseOrder()); // 降序策略

  • ThreadPoolExecutor拒绝策略

// 线程池拒绝策略实现
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS, 
    new LinkedBlockingQueue<>(10),
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()  // 拒绝策略
);
八、与相似模式对比
模式核心区别
工厂模式关注对象创建，策略模式关注行为选择
命令模式封装操作请求，策略模式封装算法实现
状态模式状态转移自动发生，策略需要显式选择
九、高级应用技巧

  • 策略工厂管理

public class DiscountStrategyFactory {
    private static final Map<String, DiscountStrategy> strategies = new HashMap<>();

    static {
        strategies.put("NONE", new NoDiscountStrategy());
        strategies.put("FULL_100", new FullReductionStrategy(400, 100));
        strategies.put("20%OFF", new PercentageDiscountStrategy(0.2));
    }

    public static DiscountStrategy getStrategy(String strategyKey) {
        return strategies.getOrDefault(strategyKey, new NoDiscountStrategy());
    }
}

// 使用示例
DiscountStrategy strategy = DiscountStrategyFactory.getStrategy("20%OFF");

  • 组合策略

// 策略组合器
public class CombinedDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    private final List<DiscountStrategy> strategies;

    public CombinedDiscountStrategy(DiscountStrategy... strategies) {
        this.strategies = Arrays.asList(strategies);
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double originalPrice) {
        double currentPrice = originalPrice;
        for (DiscountStrategy strategy : strategies) {
            currentPrice = strategy.applyDiscount(currentPrice);
        }
        return currentPrice;
    }
}

// 使用示例
DiscountStrategy combined = new CombinedDiscountStrategy(
    new FullReductionStrategy(300, 50),
    new PercentageDiscountStrategy(0.1)
);

  • Spring框架集成

// 通过@Qualifier注入不同策略
@Service
public class PaymentService {
    private final PaymentStrategy strategy;

    @Autowired
    public PaymentService(@Qualifier("alipayStrategy") PaymentStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
}

// 策略接口
public interface PaymentStrategy {
    void processPayment(BigDecimal amount);
}

// 具体策略实现
@Service("alipayStrategy")
public class AlipayStrategy implements PaymentStrategy { /*...*/ }

@Service("wechatPayStrategy")
public class WechatPayStrategy implements PaymentStrategy { /*...*/ }
十、最佳实践建议

  1. 策略单一职责
    每个策略类只负责一个具体的算法实现

  2. 无状态策略
    尽量设计无状态的策略对象，方便复用

  3. 策略文档化
    为每个策略编写清晰的文档说明使用场景

  4. 性能优化
    对高频使用的策略考虑对象池技术

  5. 防御式编程
    在上下文类中进行参数校验：

public void setStrategy(DiscountStrategy strategy) {
    if (strategy == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Strategy cannot be null");
    }
    this.strategy = strategy;
}

扩展示例：文件加密策略

// 策略接口
public interface EncryptionStrategy {
    String encrypt(String content);
    String decrypt(String encryptedContent);
}

// AES加密策略
public class AesEncryptionStrategy implements EncryptionStrategy {
    // 实现AES加密算法...
}

// RSA加密策略
public class RsaEncryptionStrategy implements EncryptionStrategy {
    // 实现RSA加密算法...
}

// 加密上下文
public class FileEncryptor {
    private EncryptionStrategy strategy;
    
    public FileEncryptor(EncryptionStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }
    
    public void encryptFile(String inputPath, String outputPath) {
        String content = readFile(inputPath);
        String encrypted = strategy.encrypt(content);
        writeFile(outputPath, encrypted);
    }
    
    // 文件读写方法...
}
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