6-Strategy: choosing the algorithm at run-time

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Strategy 策略模式

Strategy : choosing the algorithm at run-time

Strategy also adds a “Context” which can be a surrogate class that controls the selection and use of the particular strategy object—just like State ! Here’s what it looks like:

//: strategy:StrategyPattern.java

package strategy;

import com.bruceeckel.util.*; // Arrays2.toString()

import junit.framework.*;

// The strategy interface:

interface FindMinima {

// Line is a sequence of points:

double[] algorithm(double[] line);

}

// The various strategies:

class LeastSquares implements FindMinima {

public double[] algorithm(double[] line) {

return new double[] { 1.1, 2.2 }; // Dummy

}

class NewtonsMethod implements FindMinima {

public double[] algorithm(double[] line) {

return new double[] { 3.3, 4.4 }; // Dummy

}

class Bisection implements FindMinima {

public double[] algorithm(double[] line) {

return new double[] { 5.5, 6.6 }; // Dummy

}

class ConjugateGradient implements FindMinima {

public double[] algorithm(double[] line) {

return new double[] { 3.3, 4.4 }; // Dummy

}

// The "Context" controls the strategy:

class MinimaSolver {

private FindMinima strategy;

public MinimaSolver(FindMinima strat) {

strategy = strat;

}

double[] minima(double[] line) {

return strategy.algorithm(line);

}

void changeAlgorithm(FindMinima newAlgorithm) {

strategy = newAlgorithm;

}

public class StrategyPattern extends TestCase {

MinimaSolver solver =

new MinimaSolver(new LeastSquares());

double[] line = {

1.0, 2.0, 1.0, 2.0, -1.0,

3.0, 4.0, 5.0, 4.0 };

public void test() {

System.out.println(

Arrays2.toString(solver.minima(line)));

solver.changeAlgorithm(new Bisection());

System.out.println(

Arrays2.toString(solver.minima(line)));

}

public static void main(String args[]) {

junit.textui.TestRunner.run(StrategyPattern.class);

}

} ///:~

//何止是相像，简直就是一样，从教程中的利用接口+组合来完成的过程，这个实现过程和State是一模一样！

//那么该如何理解这些模式之间的区别呢？很多实现的示例是通过继承(http://www.jdon.com/designpatterns/designpattern_Strategy.htm )来实现的，这个比较让人迷惑...但是，有一点//是可以肯定

//的：重要的是设计思想，只要是这个掌握了，具体使用哪个模式是可以转化重构！

倒是这些资料很有提示性：

http://archive.cnblogs.com/a/1420362/

http://zhongkang.iteye.com/blog/152403

http://blog.163.com/chenxuezhen_1/blog/static/9167375120100134622841/

具体的总结，得后续完结！（2011-12-29）

//重新整理了一下其中一个参考内容，感觉这个例子还是比较好的！

Strategy Pattern/State Pattern

(1)Strategy Pattern

(i)定义：定义了算法族，把变化的各个部分封装起来，使得算法可以相互替换并独立于使用该算法的客户。
(ii)结构图：见 4-State （Strategy和State的结构图是一样的）

分析：Strategy模式的接口封装了Context（应用类）中变化的部分，然后在Context中引用了封装的接口，把变化的部分操作委托给Strategy来实现，这样就可以在具体使用中，指定对应的类来实现封装类的不同实现。

(iii)意图：封装变化以便类型在运行时根据需要选择合适的算法。这样提高了代码的复用度，也使程序更改更方便。

(iv)用到的OO原则：封装变化；对扩展开放，对修改关闭；针对接口编程而不是实现编程；多用组合少用继承。

(v)具体样例：

假设我们要完成公司员工这个类的操作，算法如下：

package com.xforward.test.strategy;

class Employees{
String height;
String weight;
String diploma;
String role;
short hours;
int bonus;
int earning;

Employees(String role,short hours){
    this.role = role;
    this.hours = hours;
}

Employees(String role,int bonus){
    this.role = role;
    this.bonus = bonus;
}

Employees(String role,int bonus,int earning){
    this.role = role;
    this.bonus = bonus;
    this.earning = earning;
}

public String Description(){
      String desc="";
      desc += "Heighht:"+height+";";
      desc += "Weighht:"+weight+";";
      desc += "Diploma:"+diploma+";";
      return desc;
}

public double getWage(){
    double wage = 0;

    if("temp".equals(role)){
         wage = 10*hours;
    }
    else if("accountant".equals(role)){
        wage = 2000+ bonus;
    }
    else if("manager".equals(role)){
         wage = 5000+bonus+ earning*0.05;
    }
    //还有其他的角色....
      return wage;
    }

public static void main(String[] args){
    short s = 10;
    Employees e = new Employees("temp",s);
    System.out.println("Wage :"+e.getWage());
}
}

这里，我们假设Employees这个类有两个函数，一个用于个人情况描述的，一个用于计算工资的。个人描述是不变的，而工资的算法则因人而异。这样如果员工的种类改变了，增加或减少都要对类里面的函数进行修改。这种情况下我们就可以用Strategy Pattern来处理了。

首先把变化的部分也就是GetWage这个函数抽象出来成为一个接口或者抽象类：

package com.xforward.test.strategy;

interface Wage{
double getWage();
}

然后根据具体需要加入Wage的子类实现getWage()：

package com.xforward.test.strategy;

public class TempWage implements Wage {
    short hours;

    TempWage(short hours){
        this.hours = hours;
    }

    public double getWage() {
        return 10*hours;
    }

}

package com.xforward.test.strategy;

public class AccountantWage implements Wage {
    int bonus;

    AccountantWage(int bonus){
        this.bonus = bonus;
    }

    public double getWage() {
        return 2000+bonus;
    }

}

package com.xforward.test.strategy;

public class ManagerWage implements Wage {
    int bonus;
    int earning;

    ManagerWage(int bonus,int earning){
        this.bonus = bonus;
        this.earning = earning;
    }

    public double getWage() {
        return 5000+bonus+earning*0.5;
    }

}

这样以后就可以在Employees中声明一个Wage接口，把工资的计算委托给Wage接口中的函数来实现，Employees就变成：

package com.xforward.test.strategy;

class Employees2{
String height;
String weight;
String diploma;
String role;

Wage wage;

Employees2(Wage wage){
    this.wage = wage;
}

public String Description(){
      String desc="";
      desc += "Heighht:"+height+";";
      desc += "Weighht:"+weight+";";
      desc += "Diploma:"+diploma+";";
      return desc;
}

public double getWage(){
    //double wage = 0;

      return wage.getWage();
    }

public static void main(String[] args){
    short s = 12;
    Wage wage = new TempWage(s);
    double d = new Employees2(wage).getWage();
    System.out.println("Wage = "+d);

}
}

例子中用策略模式的好处是：如果以后有新的工资计算法，我们只需要加入一个新的Wage子类，而不需要对Employees这个类做任何的改动。这样做还可以复用代码，如果另外一个类有类似的计算和某个工资计算一样，我们也可以直接用Wage这个接口，而不需要加入新的类或接口。

(2) State Pattern

(i) 定义：允许对象在内部状态改变的时候改变其行为，使得对象看起来好像改变了它的类。

(ii) 结构图：见 4-State （Strategy和State的结构图是一样的）

(iii) 意图：把与对象状态相关的行为放入状态组成的类中，使对象状态的行为能够随着状态的改变而该变。

(iv) 用到的OO原则：和Strategy Pattern一样。

(v) 具体样例：

这里我们用TCP连接来举例，TCP连接有三个状态：Open，Lisening， Close，初步实现如下：

package com.xforward.test.state;

enum StateFlag{
      OPEN,CLOSED,LISTENING
}

public class TCPConnection {

      StateFlag state = StateFlag.CLOSED;

      public String Open(){
        if(state == StateFlag.OPEN){
            return "TCP has been opened";
        }else if(state == StateFlag.CLOSED){
            state = StateFlag.OPEN;
            return "open successfully";
        }else if(state == StateFlag.LISTENING){
            return "TCP is listening";
        }
        return null;
      }
      public String Close(){
        if(state == StateFlag.OPEN){
            state =StateFlag.CLOSED;
            return "Closed Successfully";
        }else if(state == StateFlag.CLOSED){
            return "TCP has been closed";
        }else if(state == StateFlag.LISTENING){
            state =StateFlag.CLOSED;
            return "Closed Successfully";
        }
        return null;
      }
   public String Listening(){
      if(state == StateFlag.OPEN){
        state =StateFlag.LISTENING;
        return "Listen Successfully";
      }else if(state == StateFlag.CLOSED){
        return "TCP has been closed";
      }else if(state == StateFlag.LISTENING){
        return "TCP is listening";
      }
      return null;
   }

}

这样，如果我们每加一个State的话，要为每个函数都加一条实现语句，不仅麻烦还很容易出现bug.于是我们就想到了State Pattern。(这个例子需要后续完善一下，尤其是测试部分，不是很自然)

实现一个State接口：

package com.xforward.test.state;

public interface State {
    String open();
    String close();
    String listening();
}

实现各个具体状态类：

package com.xforward.test.state;

public class OpenState implements State {
    TCPConnection2 tcp;//用于记录状态

    OpenState(TCPConnection2 tcp){
        this.tcp = tcp;
    }

    public String open() {
        return "TCP has been opened";
    }

    public String close() {
        tcp.state1 = tcp.closeState;
        return "Closed Successfully";
    }

    public String listening() {
        tcp.state1 = tcp.listenState;
        return "Listen Successfully";
    }

}

package com.xforward.test.state;

public class ListenState implements State {
    TCPConnection2 tcp;//用于记录状态

    ListenState(TCPConnection2 tcp){
        this.tcp = tcp;
    }

    public String open() {
        return "TCP is listening";
    }

    public String close() {
        tcp.state1 = tcp.closeState;
        return "Closed Successfully";
    }

    public String listening() {
        return "TCP is listening";
    }

}

package com.xforward.test.state;

public class CloseState implements State {
    TCPConnection2 tcp;//用于记录状态

    CloseState(TCPConnection2 tcp){
        this.tcp = tcp;
    }

    public String open() {
        tcp.state1 = tcp.openState;
        return "Open Successfully";
    }

    public String close() {
        return "TCP has been Closed";
    }

    public String listening() {
        tcp.state1 = tcp.listenState;
        return "Listen Successfully";
    }

}

这样改了之后TCPConnection就可以写成：

package com.xforward.test.state;

public class TCPConnection2 {
    OpenState openState = new OpenState(this);
    CloseState closeState = new CloseState(this);
    ListenState listenState = new ListenState(this);

    State state1 = closeState ;

    public static void main(String[] args){
        TCPConnection2 t = new TCPConnection2();
        t.state1.close();
        t.state1.open();
        t.state1.listening();
    }

}

使用State Pattern后如果加入新的状态，我们只需要加入新状态的一个State子类就可以了。

(3)Strategy Pattern和State Pattern 异同点：

(i)相同点：两种模式的结构图一样，做法都是用接口或者抽象类来封装变化的方法。一般来说在类中有许多判断语句的时候就可以考虑使用这两种模式。（当然模式使用时基于变化的，如果判断语句的条件是定死的，那么不用设计模式也没有问题）

(ii) 不同点：意图不一样：State Pattern中很显著的特点就是有状态和行为，并且行为随着状态的改变而改变，相当于判断语句中的条件是一种种状态。State Pattern中实现的状态子类中是有耦合的。而Strategy Pattern，我个人认为判断语句中的条件是类别，不同的类型实现的操作不一样，这样就可以把操作抽象出来。抽象出来的操作子类之间是解耦的。

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计算机程序的执行过程理解 | 5-Iterators: decoupling algorithms from ...

2011-12-29 10:40
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