16. 设计模式-策略模式

示例

策略模式是我们工作中比较常用的一个设计模式，但是初次理解起来可能会有点困难，因此我们还是先看一个例子，假设现在需要开发一个画图工具，画图工具中有钢笔，笔刷和油漆桶，其中，钢笔可以用于描边，但不能填充，笔刷既可以描边，也可以填充，油漆桶只能用于填充，但不能描边。

看到这个需求，最容易想到的可能就是通过继承方式实现了，即钢笔，笔刷和油漆桶都继承自画图工具，然后都实现描边和填充功能，只不过钢笔的填充方法什么都不做，油漆桶的描边方法也什么都不做。（该部分在设计原则中有示例代码，是当时的一个遗留问题）

但是仔细一想，好像哪里不对劲，因为钢笔和油漆桶部分方法不实现，很明显违背了里氏替换原则。而且，正常情况应该是画图工具有用钢笔，笔刷，油漆桶画图的能力，而不是钢笔，笔刷，油漆桶继承自画图工具。因此，我们可以如下实现：

public class Graphics
{
    public void Stroke(ToolEnum tool)
    {
        switch (tool)
        {
            case ToolEnum.Pen:
                Console.WriteLine($"用钢笔描边图形");
                break;
            case ToolEnum.Brush:
                Console.WriteLine($"用笔刷描边图形");
                break;
            case ToolEnum.Bucket:
                Console.WriteLine("油漆桶不能描边图形");
                break;
            default:
                throw new NotSupportedException("不支持的画图工具");
        }
    }
        
    public void Fill(ToolEnum tool)
    {
        switch (tool)
        {
            case ToolEnum.Pen:
                Console.WriteLine($"钢笔不能填充图形");
                break;
            case ToolEnum.Brush:
                Console.WriteLine($"用笔刷填充图形");
                break;
            case ToolEnum.Bucket:
                Console.WriteLine("用油漆桶填充图形");
                break;
            default:
                throw new NotSupportedException("不支持的画图工具");
        }
    }
}

通过上面枚举的方式，我们实现了让画图工具具备描边和填充的能力，但是这样的 switch-case (或者 if-else )给扩展和维护都带来了很大的麻烦，而且通过前面对其他设计模式的学习，我相信大家看到这样的代码，一定是不能接受的。起码应该将 Pen ， Brush ， Bucket 定义成类并且继承自同一个基类，然后组合到 Graphics 中来，而不是直接使用条件判断，因为用组合代替继承是我们学习设计模式过程中百试不爽的经验。但是，这次好像不怎么灵了，因为，一旦这样做，我们就又回到了原点---钢笔和油漆桶不得不实现不需要的方法。事实上，用组合替代继承是没有错的，但是该怎么组合？组合谁呢？这是个问题。感觉瞬间陷入了两难的局面，这时候策略模式就派上用场了，它不抽象钢笔、笔刷、油漆桶等具体事物，而是直接抽象描边和填充这两种能力，站在代码的角度上看，就是将方法封装成了对象（正应了那句一切皆对象），这正是策略模式最让人费解，但又最妙不可言的地方。我们直接看看用策略模式改进后的代码是怎样的，先抽象能力：

public interface IStrokeStrategy
{
    void Stroke();
}

public class PenStrokeStrategy : IStrokeStrategy
{
    public void Stroke()
    {
        Console.WriteLine($"用钢笔描边图形");
    }
}

public class BrushStrokeStrategy : IStrokeStrategy
{
    public void Stroke()
    {
        Console.WriteLine($"用笔刷描边图形");
    }
}

public interface IFillStrategy
{
    void Fill();
}

public class BrushFillStrategy : IFillStrategy
{
    public void Fill()
    {
        Console.WriteLine($"用笔刷填充图形");
    }
}

public class BucketFillStrategy : IFillStrategy
{
    public void Fill()
    {
        Console.WriteLine("用油漆桶填充图形");
    }
}

看到了吗？直接将 Stroke 和 Fill 两种能力定义成了接口，再通过不同的子类去实现这种能力。然后再看看 Graphics 类如何组合：

public class Graphics
{
    private IStrokeStrategy _strokeStrategy;
    private IFillStrategy _fillStrategy;
        
    public Graphics(IStrokeStrategy strokeStrategy,
                    IFillStrategy fillStrategy)
    {
        this._strokeStrategy = strokeStrategy;
        this._fillStrategy = fillStrategy;
    }

    public void Stroke()
    {
        this._strokeStrategy.Stroke();
    }
        
    public void Fill()
    {
        this._fillStrategy.Fill();
    }
}

画图工具直接拥有了两种能力，但是跟钢笔、笔刷、油漆桶没有直接关系，也就是说，只要给画图工具一个填充的工具，就可以完成填充功能了，至于给的具体是笔刷还是油漆桶，或者其他什么东西，画图工具并不关心。而且， Graphics 类中的条件判断语句也都去掉了，隔离了变化，整个类都变得稳定了。

如下就是通过策略模式实现的类图：

定义

再来看一下定义，策略模式定义一系列算法，把他们一个个封装起来，并且使他们可以互相替换。该模式使得算法可以独立于使用它的客户程序而变化。

这里的一系列算法就是不同的描边和填充方式了。不同的描边方式可以相互替换，不同的填充方式也可以相互替换，并且也可以方便的扩展更多的描边和填充方式子类。

UML类图

上面的例子中用到了两组算法，抽象简化之后就得到了如下策略模式的UML类图：

• Context ：策略上下文，持有 IStrategy 的引用，负责和具体的策略实现交互；
• IStrategy ：策略接口，约束一系列具体的策略算法；
• ConcreteStrategy ：具体的策略实现。

优点

• 策略可以互相替换；
• 解决 switch-case 、 if-else 带来的难以维护的问题；
• 策略易于扩展，满足开闭原则.

缺点

• 客户端必须知道每一个策略类，增加了使用难度。
• 随着策略的扩展，策略类数量会增多；

第一个缺点无法避免，因为策略模式的一大优点就是算法可以相互替换，但是如果使用者连每个算法代表的是什么意思，优缺点是什么都不知道，又如何替换呢？但第二个缺点却可以通过结合工厂模式，由工厂模式创建具体的策略子类来进行一定程度的缓解，至于具体该怎么实现，这就是工厂模式的知识了，大家可以自行回忆一下。

应用场景

在业务场景中，商家促销活动就非常适合用到策略模式了，因为，商家促销打折可能存在会员折扣，节日折扣，生日折扣等等几十种方式，而且在不同的条件下可以相互替换。

而非业务场景中，日志框架中我们可能会使用 log4Net , NLog , Serilog 等，而记录位置也可能是控制台，文件，数据库等；系统中的缓存，可以用 Redis 做分布式缓存，也可以用 MemeryCache 做本地缓存等，这些场景也都非常适合使用策略模式。

总之，策略模式简约但不简单，学好它妙用无穷！

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