Java设计模式——策略模式

前言

今天学习java集合的时候用到了Comparator接口，查资料说用Comparator是策略模式，所以只能先学习一下策略模式，参考书籍《设计模式》（ps：《head first系列》没在实验室）

意图

定义一系列的算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以相互替换。本模式可以使算法独立于使用它的客户而变化

适用性

当存在以下情况时使用Strategy模式：

许多相关的类仅仅是行为有异。”策略“提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法
需要使用一个算法的不同变体。例如，你可能会定义一些反映不同的空间/时间权衡的算法
算法使用客户不应该知道的数据。可使用策略模式以避免暴露复杂的、与算法相关的数据结构
一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现。将相关的条件分支移入它们各自的Strategy类中以代替这些条件语句

结构

参与者

这个模式设计到三个角色：

Strategy（抽象策略）：定义所有支持的算法的公共接口。Context使用这个接口来调用某ConcreteStrategy定义的算法
ConcreteStrategy（具体策略）：以Strategy接口实现某具体算法
Context（上下文）：持有一个Strategy引用

示例代码

Strategy

package strategy;

public interface Strategy {
    /**
     * 策略方法
     */
    public void algorithmInterface();
}

ConcreteStrategy

package strategy;

public class ConcreteStrategyA implements Strategy{
    /**
     * 重写接口算法
     * @Override
     */
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("A");
    }
}

package strategy;

public class ConcreteStrategyB implements Strategy{
    /**
     * 重写接口算法
     * @Override
     */
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("B");
    }
}

package strategy;

public class ConcreteStrategyC implements Strategy{
    /**
     * 重写接口算法
     * @Override
     */
    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("C");
    }
}

Context

package strategy;

public class Context {
    /**
     * 具体策略对象作为成员属性
     */
    private Strategy instance;

    /**
     * 构造函数，传入一个具体策略对象
     * 
     * @param instance
     */
    public Context(Strategy instance) {
        this.instance = instance;
    }

    /**
     * 策略方法（多态）
     */
    public void contextInterface() {
        this.instance.algorithmInterface();
    }

    /**
     * 测试用例
     */
    public static void main(String args[]) {
        Context c = new Context(new ConcreteStrategyA());
        c.contextInterface();
    }
}

Java源码分析（策略模式体现）

声明：这里参考了 Java源码分析-策略模式在Java集合框架实现代码中的体现

在java的集合框架中，构造Map或者Set时传入Comparator比较器，或者创建比较器传入Collections类的静态方法中作为方法的参数为Collection排序时，都使用了策略模式

简单的调用代码：

import java.util.*;

public class TestComparator {
    public static void main(String args[]) {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<String>();
        list.add("wangzhengyi");
        list.add("bululu");

        // 创建一个逆序比较器
        Comparator<String> r = Collections.reverseOrder();

        // 通过逆序比较器进行排序
        Collections.sort(list, r);

        System.out.println(list);
    }
}

使用Collections.reverseOrder()方法实现一个比较器后，再调用Collections.sort(list, r)把比较器传入该方法中进行排序，下面看一下sort(list, r)中的代码：

    public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
        Object[] a = list.toArray();
        Arrays.sort(a, (Comparator)c);
        ListIterator i = list.listIterator();
        for (int j=0; j<a.length; j++) {
            i.next();
            i.set(a[j]);
        }
    }

Array.sort(a, (Comparator)c);这句继续把比较器传入处理，下面是Array.sort(a, (Comparator)c)的具体操作：

    public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        if (LegacyMergeSort.userRequested)
            legacyMergeSort(a, c);
        else
            TimSort.sort(a, c);
    }

    static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        sort(a, 0, a.length, c);
    }

    /** To be removed in a future release. */
    private static <T> void legacyMergeSort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
        T[] aux = a.clone();
        if (c==null)
            mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0);
        else
            mergeSort(aux, a, 0, a.length, 0, c);
    }

继续跟下去好了：

    private static void mergeSort(Object[] src,
                                  Object[] dest,
                                  int low, int high, int off,
                                  Comparator c) {
        int length = high - low;

        // Insertion sort on smallest arrays
        if (length < INSERTIONSORT_THRESHOLD) {
            for (int i=low; i<high; i++)
                for (int j=i; j>low && c.compare(dest[j-1], dest[j])>0; j--)
                    swap(dest, j, j-1);
            return;
        }

        // Recursively sort halves of dest into src
        int destLow  = low;
        int destHigh = high;
        low  += off;
        high += off;
        int mid = (low + high) >>> 1;
        mergeSort(dest, src, low, mid, -off, c);
        mergeSort(dest, src, mid, high, -off, c);

        // If list is already sorted, just copy from src to dest.  This is an
        // optimization that results in faster sorts for nearly ordered lists.
        if (c.compare(src[mid-1], src[mid]) <= 0) {
           System.arraycopy(src, low, dest, destLow, length);
           return;
        }

        // Merge sorted halves (now in src) into dest
        for(int i = destLow, p = low, q = mid; i < destHigh; i++) {
            if (q >= high || p < mid && c.compare(src[p], src[q]) <= 0)
                dest[i] = src[p++];
            else
                dest[i] = src[q++];
        }
    }

把使用到比较器的代码挑选出来：

        // If list is already sorted, just copy from src to dest.  This is an
        // optimization that results in faster sorts for nearly ordered lists.
        if (c.compare(src[mid-1], src[mid]) <= 0) {
           System.arraycopy(src, low, dest, destLow, length);
           return;
        }

这里的compare方法在Comparator接口中也有定义：

public interface Comparator<T> {
    int compare(T o1, T o2);
}

由于这里是泛型实现了Comparator，所以实际执行时，会根据比较器的具体实现类调用到实现代码，也就是上面创建的逆序比较器的compare方法，其实现方法如下：

public int compare(Comparable<Object> c1, Comparable<Object> c2) {
     return c2.compareTo(c1);
}

角色分析

抽象策略类：Comparator接口

具体策略类：ReverseComparator

上下文：Collections.sort(list, r)

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