设计模式的征途—18.策略(Strategy)模式
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 - ;
}
// 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 - ;
}
}
(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;
}
}
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》
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