设计模式的征途—18.策略（Strategy）模式

Posted 2020-10-01 Edison Zhou

俗话说条条大路通罗马，很多情况下实现某个目标地途径都不只一条。在软件开发中，也会时常遇到这样的情况，实现某一个功能有多条途径，每一条途径都对应一种算法。此时，可以使用一种设计模式来实现灵活地选择解决途径，也能够方便地增加新的解决途径。

俗话说条条大路通罗马，很多情况下实现某个目标地途径都不只一条。在软件开发中，也会时常遇到这样的情况，实现某一个功能有多条途径，每一条途径都对应一种算法。此时，可以使用一种设计模式来实现灵活地选择解决途径，也能够方便地增加新的解决途径。

策略模式（Strategy）

学习难度：★☆☆☆☆

使用频率：★★★★☆

一、电影票打折方案的设计

1.1 需求背景

Background：M公司为某电影院开发了一套影院售票系统，在该系统中需要为不同类型的用户提供不同的电影票打折方式，具体打折方案如下：

（1）学生凭学生证可享受票价8折优惠；

（2）年龄在10周岁以及以下的儿童可以享受每张票减免10元的优惠（原始票价需要大于20元）；

（3）影院VIP用户除享受票价八折优惠外还可以进行积分，积分累计到一定额度可以换取电影院赠送的奖品；

该系统在将来还可能会根据需求引入更多的打折方案。　　

1.2 初始设计

　　M公司的开发人员为了实现上述需求，设计了一个电影票类MovieTicket，其核心代码片段如下：

    public class MovieTicket
    {
        public double Price
        {
            get;
            set;
        }
        public string Type { private get; set; }

        // 计算打折之后的票价
        public double Calculate()
        {
            // 学生票折后票价计算
            if (this.Type.Equals("student", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
            {
                Console.WriteLine("学生票：");
                return this.Price * 0.8;
            }
            // 儿童票折后票价计算
            else if (this.Type.Equals("children", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
            {
                Console.WriteLine("儿童票：");
                return this.Price - 10;
            }
            // VIP票折后票价计算
            else if (this.Type.Equals("vip", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
            {
                Console.WriteLine("VIP票：");
                Console.WriteLine("增加积分！");
                return this.Price * 0.5;
            }
            else
            {
                return this.Price; // 不满足任何条件则原价出售
            }
        }
    }

　　客户端调用代码如下：

    public static void Main()
    {
        MovieTicket mt = new MovieTicket();
        double originalPrice = 60.0;    // 原始票价
        double currentPrice;            // 折后票价
        mt.Price = originalPrice;

        Console.WriteLine("原始票价：{0}", originalPrice);
        Console.WriteLine("----------------------------------------");

        mt.Type = "student";
        currentPrice = mt.Calculate();
        Console.WriteLine("折后票价：{0}", currentPrice);
        Console.WriteLine("----------------------------------------");

        mt.Type = "children";
        currentPrice = mt.Calculate();
        Console.WriteLine("折后票价：{0}", currentPrice);
        Console.WriteLine("----------------------------------------");
    }

　　虽然通过MovieTicket类实现了电影票的折后计算，该方案解决了电影票打折问题，每一种打折方式都可以称为一种打折算法，更换打折方式只需要修改客户端代码中的参数，无须修改源代码。但是，该方案并不完美，还存在以下问题：

　　（1）MovieTicket类的Calculate()方法非常庞大，太长的if-else语句，不利于测试与维护。

　　（2）增加新的打折算法或修改原有打折算法都必须修改MovieTicket类源代码，违反了开闭原则。

　　（3）打折算法的复用性比较差，无法在其他系统（例如商场销售管理系统）中进行重用。

　　如何解决这3个问题，M公司开发人员决定对MovieTicket类进行重构，将其职责分离，并将打折算法的定义和使用相分离，这也是策略模式所需要解决的问题。

二、策略模式概述

2.1 策略模式简介

　　策略模式的主要目的主要是将算法的定义和使用分开，也就是将算法的行为和环境分开，将算法的定义放在专门的策略类中，每一个策略类封装一个实现算法。而使用算法的环境中针对抽象策略编程，而不是针对实现编程，符合依赖倒置原则。

策略（Strategy）模式：定义一系列算法类，将每一个算法封装起来，并让它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而变化。它也被成为政策模式，是一种行为型模式。　　

2.2 策略模式结构

　　策略模式结构并不复杂，如下图所示：

　　策略模式包含以下3个角色：

　　（1）Context（环境类）：负责使用算法策略，其中维持了一个抽象策略类的引用实例。

　　（2）Strategy（抽象策略类）：所有策略类的父类，为所支持的策略算法声明了抽象方法。=> 既可以是抽象类也可以是接口

　　（3）ConcreteStrategy（具体策略类）：实现了在抽象策略类中声明的方法。

三、重构电影票打折方案的设计

3.1 重构后的设计

　　为了实现打折算法的复用以及未来的可扩展性，M公司开发人员使用策略模式来重构，其结构如下图所示：

　　其中，MovieTicket充当Context环境类，Discount充当抽象策略角色，而StudentDiscount、VIPDiscount和ChildrenDiscount则充当ConcreteStrategy具体策略角色。

3.2 具体代码实现

　　（1）Context 环境类：MovieTicket

    /// <summary>
    /// 环境类：电影票MovieTicket
    /// </summary>
    public class MovieTicket
    {
        private double _price;
        private IDiscount _discount;

        public double Price
        {
            get
            {
                return _discount.Calculate(_price);
            }
            set
            {
                _price = value;
            }
        }

        public IDiscount Discount
        {
            set
            {
                _discount = value;
            }
        }
    }

　　（2）Strategy 抽象策略类：IDiscount

     /// <summary>
    /// 抽象策略类：折扣Discount
    /// </summary>
    public interface IDiscount
    {
        double Calculate(double price);
    }

　　（3）ConcreteStrategy 具体策略类：StudentStrategy, VIPStrategy 和 ChildrenStrategy

    /// <summary>
    /// 具体策略类：学生票折扣StudentDiscount
    /// </summary>
    public class StudentDiscount : IDiscount
    {
        public double Calculate(double price)
        {
            Console.WriteLine("学生票：");
            return price * 0.8;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 具体策略类：VIP会员票VIPDiscount
    /// </summary>
    public class VIPDiscount : IDiscount
    {
        public double Calculate(double price)
        {
            Console.WriteLine("VIP票：");
            Console.WriteLine("增加积分！");
            return price * 0.5;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 具体策略类：儿童票折扣ChildrenDiscount
    /// </summary>
    public class ChildrenDiscount : IDiscount
    {
        public double Calculate(double price)
        {
            Console.WriteLine("儿童票：");
            return price - 10;
        }
    }

　　（4）客户端调用：

    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            MovieTicket mt = new MovieTicket();
            double originalPrice = 60.0;
            double currentPrice = originalPrice;

            mt.Price = originalPrice;
            Console.WriteLine("原始票价：{0}", originalPrice);
            Console.WriteLine("----------------------------------------");

            IDiscount discount = AppConfigHelper.GetStrategyInstance() as IDiscount;
            if (discount != null)
            {
                mt.Discount = discount;
                currentPrice = mt.Price;
            }
            Console.WriteLine("折后票价：{0}", currentPrice);

            Console.ReadKey();
        }
    }

　　其中，具体的策略被配置在了配置文件中，以此来提高系统灵活性和可扩展性：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
  <appSettings>
    <add key="DiscountStrategy" value="Manulife.ChengDu.DesignPattern.Strategy.VIPDiscount, Manulife.ChengDu.DesignPattern.Strategy" />
  </appSettings>
</configuration>

　　AppConfigHelper类主要用于读取配置文件，并反射生成具体策略实例，其具体代码如下，这里不再赘述：

    public class AppConfigHelper
    {
        public static string GetStrategyName()
        {
            string factoryName = null;
            try
            {
                factoryName = System.Configuration.ConfigurationManager.AppSettings["DiscountStrategy"];
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
            }
            return factoryName;
        }

        public static object GetStrategyInstance()
        {
            string assemblyName = AppConfigHelper.GetStrategyName();
            Type type = Type.GetType(assemblyName);

            var instance = Activator.CreateInstance(type);
            return instance;
        }
    }

View Code

　　编译运行后的结果如下图所示：

　　

　　如果需要切换策略，例如从VIP改为儿童票，只需修改配置文件：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
  <appSettings>
    <add key="DiscountStrategy" value="Manulife.ChengDu.DesignPattern.Strategy.ChildrenDiscount, Manulife.ChengDu.DesignPattern.Strategy" />
  </appSettings>
</configuration>

　　重新运行客户端程序，得到如下图所示的结果：

　　

　　如果后期需要增加新的打折方式，原有代码均无需修改，只需要新增一个折扣策略类即可，然后修改一下配置文件，完全符合开闭原则。

四、策略模式总结

4.1 主要优点

　　（1）提供了对开闭原则的完美支持，用户可以在不修改原有系统的基础上选择具体算法或行为，也可以灵活地增加新的算法或行为。

　　（2）避免了多重的if-else条件选择语句，利于系统的维护。

　　（3）提供了一种算法的复用机制，不同的环境类可以方便地复用这些策略类。

4.2 主要缺点

　　（1）客户端需要知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略 => 只适用于客户端了解所有策略算法的情况。

　　（2）将造成系统产生很多的具体策略类，任何细小的变化都将导致系统要增加一个具体策略类 => 类的个数也许会超出预期。

　　（3）无法在客户端同时使用多个策略类 => 客户端每次只能使用一个策略类。

4.3 应用场景

　　（1）如果一个系统要动态地在几种算法之间选择其中一种 => 那就快用策略模式吧骚年！

　　（2）如果有难以维护的多重if-else条件选择语句是为了实现对象的行为 => 那就快用策略模式吧骚年！

　　（3）不希望客户知道复杂的与算法有关的数据结构，可以将其封装到策略中 => 提高算法的保密性和安全性！

参考资料

　　

　　刘伟，《设计模式的艺术—软件开发人员内功修炼之道》

 

作者：周旭龙

出处：http://edisonchou.cnblogs.com

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