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 - 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

  DesignPattern

  刘伟,《设计模式的艺术—软件开发人员内功修炼之道》

 

posted @ 2017-08-06 17:09 Edison Chou 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏