设计模式之美学习(四十九)

本文最后更新于:3 个月前

如何避免冗长的if-else/switch分支判断代码?

参考:策略模式(上):如何避免冗长的if-else/switch分支判断代码?

策略模式在实际的项目开发中也比较常用。最常见的应用场景是,利用它来避免冗长的 if-elseswitch 分支判断。不过,它的作用还不止如此。它也可以像模板模式那样,提供框架的扩展点等等。

策略模式的原理与实现

策略模式,英文全称是 Strategy Design Pattern。在 GoF 的《设计模式》一书中,它是这样定义的:

Define a family of algorithms, encapsulate each one, and make them interchangeable. Strategy lets the algorithm vary independently from clients that use it.

翻译成中文就是:定义一族算法类,将每个算法分别封装起来,让它们可以互相替换。策略模式可以使算法的变化独立于使用它们的客户端(这里的客户端代指使用算法的代码)。

工厂模式是解耦对象的创建和使用,观察者模式是解耦观察者和被观察者。策略模式跟两者类似,也能起到解耦的作用,不过,它解耦的是策略的定义、创建、使用这三部分。接下来,我就详细讲讲一个完整的策略模式应该包含的这三个部分。

策略的定义

策略类的定义比较简单,包含一个策略接口和一组实现这个接口的策略类。因为所有的策略类都实现相同的接口,所以,客户端代码基于接口而非实现编程,可以灵活地替换不同的策略。示例代码如下所示:

public interface Strategy {
  void algorithmInterface();
}

public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
  @Override
  public void  algorithmInterface() {
    //具体的算法...
  }
}

public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
  @Override
  public void  algorithmInterface() {
    //具体的算法...
  }
}

策略的创建

因为策略模式会包含一组策略,在使用它们的时候,一般会通过类型(type)来判断创建哪个策略来使用。为了封装创建逻辑,我们需要对客户端代码屏蔽创建细节。我们可以把根据 type 创建策略的逻辑抽离出来,放到工厂类中。示例代码如下所示:

public class StrategyFactory {
  private static final Map<String, Strategy> strategies = new HashMap<>();

  static {
    strategies.put("A", new ConcreteStrategyA());
    strategies.put("B", new ConcreteStrategyB());
  }

  public static Strategy getStrategy(String type) {
    if (type == null || type.isEmpty()) {
      throw new IllegalArgumentException("type should not be empty.");
    }
    return strategies.get(type);
  }
}

一般来讲,如果策略类是无状态的,不包含成员变量,只是纯粹的算法实现,这样的策略对象是可以被共享使用的,不需要在每次调用 getStrategy() 的时候,都创建一个新的策略对象。针对这种情况,我们可以使用上面这种工厂类的实现方式,事先创建好每个策略对象,缓存到工厂类中,用的时候直接返回。

相反,如果策略类是有状态的,根据业务场景的需要,我们希望每次从工厂方法中,获得的都是新创建的策略对象,而不是缓存好可共享的策略对象,那我们就需要按照如下方式来实现策略工厂类。

public class StrategyFactory {
  public static Strategy getStrategy(String type) {
    if (type == null || type.isEmpty()) {
      throw new IllegalArgumentException("type should not be empty.");
    }

    if (type.equals("A")) {
      return new ConcreteStrategyA();
    } else if (type.equals("B")) {
      return new ConcreteStrategyB();
    }

    return null;
  }
}

策略的使用

策略模式包含一组可选策略,客户端代码一般如何确定使用哪个策略呢?最常见的是运行时动态确定使用哪种策略,这也是策略模式最典型的应用场景。

这里的“运行时动态”指的是,我们事先并不知道会使用哪个策略,而是在程序运行期间,根据配置、用户输入、计算结果等这些不确定因素,动态决定使用哪种策略。接下来,我们通过一个例子来解释一下。

// 策略接口:EvictionStrategy
// 策略类:LruEvictionStrategy、FifoEvictionStrategy、LfuEvictionStrategy...
// 策略工厂:EvictionStrategyFactory

public class UserCache {
  private final Map<String, User> cacheData = new HashMap<>();
  private final EvictionStrategy eviction;

  public UserCache(EvictionStrategy eviction) {
    this.eviction = eviction;
  }

  //...
}

// 运行时动态确定,根据配置文件的配置决定使用哪种策略
public class Application {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    EvictionStrategy evictionStrategy = null;
    Properties props = new Properties();
    props.load(new FileInputStream("./config.properties"));
    String type = props.getProperty("eviction_type");
    evictionStrategy = EvictionStrategyFactory.getEvictionStrategy(type);
    UserCache userCache = new UserCache(evictionStrategy);
    //...
  }
}

// 非运行时动态确定,在代码中指定使用哪种策略
public class Application {
  public static void main(String[] args) {
    //...
    EvictionStrategy evictionStrategy = new LruEvictionStrategy();
    UserCache userCache = new UserCache(evictionStrategy);
    //...
  }
}

从上面的代码中,我们也可以看出,“非运行时动态确定”,也就是第二个 Application 中的使用方式,并不能发挥策略模式的优势。在这种应用场景下,策略模式实际上退化成了“面向对象的多态特性”或“基于接口而非实现编程原则”。

如何利用策略模式避免分支判断?

实际上,能够移除分支判断逻辑的模式不仅仅有策略模式,状态模式也可以。对于使用哪种模式,具体还要看应用场景来定。 策略模式适用于根据不同类型的动态,决定使用哪种策略这样一种应用场景。

先通过一个例子来看下,if-elseswitch-case 分支判断逻辑是如何产生的。具体的代码如下所示。

public class OrderService {
  public double discount(Order order) {
    double discount = 0.0;
    OrderType type = order.getType();
    if (type.equals(OrderType.NORMAL)) { // 普通订单
      //...省略折扣计算算法代码
    } else if (type.equals(OrderType.GROUPON)) { // 团购订单
      //...省略折扣计算算法代码
    } else if (type.equals(OrderType.PROMOTION)) { // 促销订单
      //...省略折扣计算算法代码
    }
    return discount;
  }
}

如何来移除掉分支判断逻辑呢?那策略模式就派上用场了。我们使用策略模式对上面的代码重构,将不同类型订单的打折策略设计成策略类,并由工厂类来负责创建策略对象。具体的代码如下所示:

// 策略的定义
public interface DiscountStrategy {
  double calDiscount(Order order);
}
// 省略NormalDiscountStrategy、GrouponDiscountStrategy、PromotionDiscountStrategy类代码...

// 策略的创建
public class DiscountStrategyFactory {
  private static final Map<OrderType, DiscountStrategy> strategies = new HashMap<>();

  static {
    strategies.put(OrderType.NORMAL, new NormalDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.GROUPON, new GrouponDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.PROMOTION, new PromotionDiscountStrategy());
  }

  public static DiscountStrategy getDiscountStrategy(OrderType type) {
    return strategies.get(type);
  }
}

// 策略的使用
public class OrderService {
  public double discount(Order order) {
    OrderType type = order.getType();
    DiscountStrategy discountStrategy = DiscountStrategyFactory.getDiscountStrategy(type);
    return discountStrategy.calDiscount(order);
  }
}

重构之后的代码就没有了 if-else 分支判断语句了。实际上,这得益于策略工厂类。在工厂类中,我们用 Map 来缓存策略,根据 type 直接从 Map 中获取对应的策略,从而避免 if-else 分支判断逻辑。

但是,如果业务场景需要每次都创建不同的策略对象,我们就要用另外一种工厂类的实现方式了。具体的代码如下所示:

public class DiscountStrategyFactory {
  public static DiscountStrategy getDiscountStrategy(OrderType type) {
    if (type == null) {
      throw new IllegalArgumentException("Type should not be null.");
    }
    if (type.equals(OrderType.NORMAL)) {
      return new NormalDiscountStrategy();
    } else if (type.equals(OrderType.GROUPON)) {
      return new GrouponDiscountStrategy();
    } else if (type.equals(OrderType.PROMOTION)) {
      return new PromotionDiscountStrategy();
    }
    return null;
  }
}

这种实现方式相当于把原来的 if-else 分支逻辑,从 OrderService 类中转移到了工厂类中,实际上并没有真正将它移除。

重点

策略模式定义一族算法类,将每个算法分别封装起来,让它们可以互相替换。策略模式可以使算法的变化独立于使用它们的客户端(这里的客户端代指使用算法的代码)。

策略模式用来解耦策略的定义、创建、使用。实际上,一个完整的策略模式就是由这三个部分组成的。

  • 策略类的定义比较简单,包含一个策略接口和一组实现这个接口的策略类。

  • 策略的创建由工厂类来完成,封装策略创建的细节。

  • 策略模式包含一组策略可选,客户端代码如何选择使用哪个策略,有两种确定方法:编译时静态确定和运行时动态确定。其中,“运行时动态确定”才是策略模式最典型的应用场景。

除此之外,我们还可以通过策略模式来移除 if-else 分支判断。实际上,这得益于策略工厂类,更本质上点讲,是借助“查表法”,根据 type 查表替代根据 type 分支判断。


 目录


欢迎关注我的公众号😘