策略模式-定义一个算法族
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本篇来介绍策略模式（Strategy Design Pattern）。
假设我们要为动物进行建模，比如狗，猪，兔子等，每种动物的能力是不同的。
1，使用继承
首先你可能想到用继承的方式来实现，所以我们编写了下面这个 Animal 类：
abstract class Animal {
public void run() {
System.out.println("I can run.");
}
public void drinkWater() {
System.out.println("I can drink water.");
}
protected abstract String type();
}
Animal 是一个抽象类，其中包括了动物的能力，每种能力用一个方法表示：
- run：奔跑能力。
- drinkWater：喝水能力。
- type：返回动物的种类，比如“狗”，“兔子”。这是一个抽象方法，子类要去实现。
然后我们编写 Dog，Pig 和 Rabbit：
class Dog extends Animal {
public String type() {
return "Dog";
}
}
class Pig extends Animal {
public String type() {
return "Pig";
}
}
class Rabbit extends Animal {
public String type() {
return "Rabbit";
}
}
上面的三种动物都继承了 Animal 中的 run 和 drinkWater，并且都实现了自己的 type 方法。
现在我们想给 Pig 和 Rabbit 加入吃草的能力，最直接的办法是分别在这两个类中加入 eatGrass 方法，如下：
class Pig extends Animal {
public void eatGrass() {
System.out.println("I can eat grass.");
}
public String type() {
return "Pig";
}
}
class Rabbit extends Animal {
public void eatGrass() {
System.out.println("I can eat grass.");
}
public String type() {
return "Rabbit";
}
}
上面代码能够达到目的，但是不够好，因为Pig 和 Rabbit 中的 eatGrass 一模一样，是重复代码，代码没能复用。
为了解决代码复用，我们可以将 eatGrass 方法放到 Animal 中，利用继承的特性，Pig 和 Rabbit 中就不需要编写 eatGrass 方法，而直接从 Animal 中继承就行。
但是，这样还是有问题，因为如果将 eatGrass 放在 Animal 中，Dog 中也会有 eatGrass ，而我们并不想让 Dog 拥有吃草的能力。
也许你会说，我们可以在 Dog 中将 eatGrass 覆盖重写，让 eatGrass 不具有实际的能力，就像这样：
class Dog extends Animal {
public void eatGrass() {
// 什么都不写，就没有了吃草的能力
}
public String type() {
return "Rabbit";
}
}
这样做虽然能到达目的，但是并不优雅。如果 Animal 的子类特别多的话，就会有很多子类都得这样覆盖 eatGrass 方法。
所以，将 eatGrass 放在 Animal 中也不是一个好的方案。
2，使用接口
那是否可以将 eatGrass 方法提取出来，作为一个接口？
就像这样：
interface EatGrassable {
void eatGrass();
}
然后，让需要有吃草能力的动物都去实现该接口，就像这样：
class Rabbit extends Animal implements EatGrassable {
public void eatGrass() {
System.out.println("I can eat grass.");
}
public String type() {
return "Rabbit";
}
}
这样做可以达到目的，但是，缺点是每个需要吃草能力的动物之间就会有重复的代码，依然没有达到代码复用的目的。
所以，这种方式还是不能很好的解决问题。
3，使用行为类
我们可以将吃草的能力看作一种“行为”，然后使用“行为类”来实现。那么需要有吃草能力的动物，就将吃草类的对象，作为自己的属性。
这些行为类就像一个个的组件，哪些类需要某种功能的组件，就直接拿来用。
下面我们编写“吃草类”：
interface EatGrassable {
void eatGrass();
}
class EatGreenGrass implements EatGrassable {
// 吃绿草
public void eatGrass() {
System.out.println("I can eat green grass.");
}
}
class EatDogtailGrass implements EatGrassable {
// 吃狗尾草
public void eatGrass() {
System.out.println("I can eat dogtail grass.");
}
}
class EatNoGrass implements EatGrassable {
// 不是真的吃草
public void eatGrass() {
System.out.println("I can not eat grass.");
}
}
首先创建了一个 EatGrassable 接口，但是不用动物类来实现该接口，而是我们创建了一些行为类 EatGreenGrass ，EatDogtailGrass 和 EatNoGrass，这些行为类实现了 EatGrassable 接口。
这样，需要吃草的动物，不但能够吃草，而且可以吃不同种类的草。
那么，该如何使用 EatGrassable 接口呢？需要将 EatGrassable 作为 Animal 的属性，如下：
abstract class Animal {
// EatGrassable 对象作为 Animal 的属性
protected EatGrassable eg;
public Animal() {
eg = null;
}
public void run() {
System.out.println("I can run.");
}
public void drinkWater() {
System.out.println("I can drink water.");
}
public void eatGrass() {
if (eg != null) {
eg.eatGrass();
}
}
protected abstract String type();
}
可以看到，Animal 中增加了 eg 属性和 eatGrass 方法。
其它动物类在构造函数中，要初始化 eg 属性：
class Dog extends Animal {
public Dog() {
// Dog 不能吃草
eg = new EatNoGrass();
}
public String type() {
return "Dog";
}
}
class Pig extends Animal {
public Pig() {
eg = new EatGreenGrass();
}
public String type() {
return "Pig";
}
}
class Rabbit extends Animal {
public Rabbit() {
eg = new EatDogtailGrass();
}
public String type() {
return "Rabbit";
}
}
对代码测试：
public class Strategy {
public static void main(String[] args) {
Animal dog = new Dog();
Animal pig = new Pig();
Animal rabbit = new Rabbit();
dog.eatGrass(); // I can not eat grass.
pig.eatGrass(); // I can eat green grass.
rabbit.eatGrass(); // I can eat dogtail grass.
}
}
4，策略模式
实际上，上面的实现方式使用的就是策略模式。重点在于 EatGrassable 接口与三个行为类 EatGreenGrass，EatDogtailGrass 和 EatNoGrass。在策略模式中，这些行为类被称为算法族，所谓的“策略”，可以理解为“算法”，这些算法可以互相替换。
策略模式定义了一系列算法族，并封装在类中，它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。
我将完整的代码放在了这里，供大家参考，类图如下：
5，继承与组合
在一开始的设计中，我们使用的是继承（Is-a） 的方式，但是效果并不是很好。
最终的方案使用了策略模式，它是一种组合（Has-a） 关系，即 Animal 与 EatGrassable 之间的关系。
这也是一种设计原则：多用组合，少用继承，组合关系比继承关系有更好的弹性。
6，动态设定行为
策略模式不仅重在创建一组算法（行为类），能够动态的让这些算法互相替换，也是策略模式典型应用。
所谓的“动态”是指，在程序的运行期间，根据配置，用户输入等方式，动态的设置算法。
只需要在 Animal 中加入 setter 方法即可，如下：
abstract class Animal {
// 省略了其它代码
public void setEatGrassable(EatGrassable eg) {
this.eg = eg;
}
}
使用 setter 方法：
Animal pig = new Pig();
pig.eatGrass(); // I can eat green grass.
pig.setEatGrassable(new EatDogtailGrass()); // 设置新的算法
pig.eatGrass(); // I can eat dogtail grass.
本来 pig 吃的是绿草，我们通过 setter 方法将 绿草 换成了 狗尾草，可以看到，算法的切换非常方便。
7，总结
策略模式定义了一系列算法族，这些算法族也可以叫作行为类。策略模式使用了组合而非继承来构建类之间的关系，组合关系比继承关系更加有弹性，使用组合也比较容易动态的改变类的行为。
（本节完。）
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文章作者 @码农加油站
上次更改 2020-12-25