10、Strategy 策略模式 整体地替换算法 行为型模式

1、模式说明

　　策略模式比较好理解，就是将程序中用到的算法整体的拿出来，并有多个不同版本的算法实现，在程序运行阶段，动态的决定使用哪个算法来解决问题。

2、举例

　排序算法的问题，假如我们的程序中需要对数据进行排序，我们知道，不同的算法具有不同的时间复杂度和空间复杂度，因此需要在程序运行时，根据可用内存和数据特征，选用不同的算法（排序策略），这就是策略模式的使用场景之一。再举个例子，负载均衡算法：如果某个服务部署了多个冗余的实例，客户端在向服务端发送请求时，根据负载均衡算法策略，请求可能会被转发到不同的服务提供者实例来处理，如何决定某个请求转发给哪个服务实例呢，最简单的做法就是轮询，顺次将请求转发给每个服务实例进行处理。也可以采用随机方式，或者根据实际硬件环境和业务场景设置特定算法。

3、程序示例

　　在下面的演示策略模式的代码示例中，我们模拟猜拳游戏——剪刀石头布，猜拳的策略有两种：如果这次猜拳赢了，则下次还出同样的手势。另一种策略就是根据以前的猜拳结果，选择胜率最高的一种手势。

定义Hand类

package cn.design.behavior.strategy;
/** * @author lin * @version 1.0 * @date 2020-07-22 14:45 * @Description TODO */public class Hand {    //表示石头    public static final int HANDVALUE_ROCK = 0;    //表示剪刀    public static final int HANDVALUE_SCISSORS = 1;    //表示布    public static final int HANDVALUE_PEPER = 2;    private static final Hand[] hand = {            new Hand(HANDVALUE_ROCK),            new Hand(HANDVALUE_SCISSORS),            new Hand(HANDVALUE_PEPER)    };    private static final String[] name = {            "石头", "剪刀", "布"    };    private final int handValue;
    private Hand(int handValue) {        this.handValue = handValue;    }
    public static Hand getHand(int handValue) {        return hand[handValue];    }
    public boolean isStrongerThan(Hand h) {        return fight(h) == 1;    }
    public boolean isWeakerThan(Hand h) {        return fight(h) == -1;    }
    private int fight(Hand h) {        // 平局        if (this == h) {            return 0;        } else if ((this.handValue + 1) % 3 == h.handValue) {            return 1;        } else {            return -1;        }    }
    @Override    public String toString() {        return name[handValue];    }}

定义Strategy接口

package cn.design.behavior.strategy;
/** * @author lin * @version 1.0 * @date 2020-07-22 14:50 * @Description TODO */public interface Strategy {    public abstract Hand nextHand();    public abstract void study(boolean win);}

定义ProbStrategy类

package cn.design.behavior.strategy;
import java.util.Random;
/** * @author lin * @version 1.0 * @date 2020-07-22 14:51 * @Description TODO */public class ProbStrategy implements Strategy{    private Random random;    private int prevHandValue = 0;    private int currentHandValue = 0;    //history[上一局的手势][这一局的手势] 表达式的值越高表示过去的胜率越高    //study方法会根据nextHand方法返回的手势胜负结果更新history字段中的值    private int[][] history = {            {1, 1, 1},            {1, 1, 1},            {1, 1, 1}    };
    public ProbStrategy(int seed) {        random = new Random(seed);    }
    @Override    public Hand nextHand() {        int bet = random.nextInt(getSum(currentHandValue));        int handValue = 0;        if (bet < history[currentHandValue][0]) {            handValue = 0;        }else if(bet < history[currentHandValue][1]){            handValue = 1;        }else{            handValue = 2;        }        prevHandValue = currentHandValue;        currentHandValue = handValue;        return Hand.getHand(handValue);    }    private int getSum(int hv){        int sum = 0;        for (int i : history[hv]        ) {            sum += i;        }        return sum;    }    @Override    public void study(boolean win){        if(win){            history[prevHandValue][currentHandValue]++;        }else{            history[prevHandValue][(currentHandValue+1)%3]++;            history[prevHandValue][(currentHandValue+2)%3]++;        }    }}

定义WinningStrategy类

package cn.design.behavior.strategy;
import java.util.Random;
/** * @author lin * @version 1.0 * @date 2020-07-22 14:51 * @Description TODO */public class WinningStrategy implements Strategy {    private Random random;    private boolean won = false; //上一局的输赢结果    private Hand prevHand; //上一局的手势
    public WinningStrategy(int seed) {        random = new Random(seed);    }
    @Override    public Hand nextHand() {        if (!won) {            prevHand = Hand.getHand(random.nextInt(3));        }        return prevHand;    }
    @Override    public void study(boolean win) {        won = win;    }}

定义Player类

package cn.design.behavior.strategy;
/** * @author lin * @version 1.0 * @date 2020-07-22 14:52 * @Description TODO */public class Player {    private String name;    private Strategy strategy;    private int wincount;    private int losecount;    private int gamecount;    public Player(String name, Strategy strategy){        this.name = name;        this.strategy = strategy;    }    public Hand nextHand(){        return strategy.nextHand();    }    public void win(){        strategy.study(true);        wincount++;        gamecount++;    }    public void lose(){        strategy.study(false);        losecount++;        gamecount++;    }    public void even(){        gamecount++;    }    @Override    public String toString(){        return "[" + name + ":" + gamecount + " games, " + wincount +                " win, " + losecount + " lose" + "]";    }}

定义main测试类

package cn.design.behavior.strategy;
import java.util.Random;
/** * @author lin * @version 1.0 * @date 2020-07-22 14:52 * @Description TODO */public class Main {    public static void main(String[] args) {        int seed1 = ((new Random()).nextInt(500)) * (1 + (new Random()).nextInt(500));        int seed2 = seed1 * (new Random()).nextInt(500);
        Player player1 = new Player("Taro", new WinningStrategy(seed1));        Player player2 = new Player("Hana", new ProbStrategy(seed2));        for (int i = 0; i < 100000; i++) {            Hand nextHand1 = player1.nextHand();            Hand nextHand2 = player2.nextHand();            if (nextHand1.isStrongerThan(nextHand2)) {                System.out.println("Winner: " + player1);                player1.win();                player2.lose();            } else if (nextHand2.isStrongerThan(nextHand1)) {                System.out.println("Winner: " + player2);                player2.win();                player1.lose();            } else {                System.out.println("Even...");                player1.even();                player2.even();            }        }        System.out.println("Total result:");        System.out.println(player1.toString());        System.out.println(player2.toString());    }}

运行结果如下：

。。。Even...Winner: [Taro:99994 games, 37658 win, 27060 lose]Even...Even...Winner: [Taro:99997 games, 37659 win, 27060 lose]Winner: [Hana:99998 games, 27060 win, 37660 lose]Even...Total result:[Taro:100000 games, 37660 win, 27061 lose][Hana:100000 games, 27061 win, 37660 lose]

4、Strategy策略模式中的角色

Strategy策略：负责定义实现策略必须的接口方法

ConcreteStrategy具体的策略：实现Strategy角色的接口，如程序中的WinningStrategy和ProbStrategy

Context上下文：负责使用Strategy策略，如示例程序中的player。

5、相关的设计模式

Flyweight享元模式：通过使用享元模式，让多个地方共用ConcreteStrategy角色；

Abstract Factory抽象工厂：策略模式整体替换算法，抽象工厂整体替换具体的工厂，零件和产品；

State状态模式：状态模式和策略模式都可以替换被委托对象，而且类之间的关系也相似，只是两种模式目的不同。strategy策略模式替换被委托对象的类；状态模式中，每次状态发生变化时，被委托的对象必定会被替换。

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