策略模式与状态模式：相似的名字，不同的内涵

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2023-01-13 05:12:22

策略模式与状态模式：不同的角色，相似的目标

前言

在软件开发中，设计模式扮演着至关重要的角色，它们提供了久经考验的解决方案，帮助我们驾驭复杂的逻辑和不断变化的需求。策略模式 和状态模式 是两大相似却又截然不同的设计模式，它们都基于一个共同的原则：分而治之 。

策略模式：选择正确的策略

策略模式 的核心理念是将算法或策略封装成独立的类，从而实现策略的可互换性。它适用于以下场景：

需要根据不同的条件在运行时选择不同的算法或策略。
需要对算法或策略进行扩展和修改，但不想影响代码的整体结构。
需要在不同的类中复用相同的算法或策略。

优点：

可替换性： 策略模式允许轻松地替换算法或策略，而无需修改代码的整体结构。
可扩展性： 策略模式使算法或策略的扩展和修改变得更容易，只需添加新的策略类即可。
复用性： 策略模式可以将相同的算法或策略复用在不同的类中，从而提高代码的复用性。

缺点：

复杂性： 策略模式可能会增加代码的复杂性，尤其是当策略类较多时。
性能开销： 策略模式可能会带来额外的性能开销，因为需要在运行时动态选择策略类。

应用场景：

排序算法：策略模式可以实现不同的排序算法，如冒泡排序、快速排序和归并排序。
数据压缩算法：策略模式可以实现不同的数据压缩算法，如 ZIP 压缩、RAR 压缩和 7z 压缩。
加密算法：策略模式可以实现不同的加密算法，如 AES 加密、DES 加密和 RSA 加密。

代码示例：

// 定义策略接口
interface SortingStrategy {
    void sort(List<Integer> numbers);
}

// 实现冒泡排序策略
class BubbleSortStrategy implements SortingStrategy {
    @Override
    public void sort(List<Integer> numbers) {
        // 冒泡排序算法的具体实现
    }
}

// 实现快速排序策略
class QuickSortStrategy implements SortingStrategy {
    @Override
    public void sort(List<Integer> numbers) {
        // 快速排序算法的具体实现
    }
}

// 使用策略模式
class Sorter {
    private SortingStrategy strategy;

    public Sorter(SortingStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void sort(List<Integer> numbers) {
        strategy.sort(numbers);
    }
}

// 使用示例
List<Integer> numbers = List.of(5, 3, 1, 2, 4);

// 使用冒泡排序策略
Sorter sorter = new Sorter(new BubbleSortStrategy());
sorter.sort(numbers);

// 使用快速排序策略
sorter = new Sorter(new QuickSortStrategy());
sorter.sort(numbers);

状态模式：管理对象的状态

状态模式 的核心理念是将对象的内部状态抽象成不同的状态类，从而实现对象状态的切换和管理。它适用于以下场景：

对象的行为随着其内部状态的变化而发生改变。
对象的状态需要在不同的类中复用。
需要在运行时动态改变对象的状态。

优点：

可扩展性： 状态模式使对象的状态扩展和修改变得更容易，只需添加新的状态类即可。
复用性： 状态模式可以将相同的状态复用在不同的类中，从而提高代码的复用性。
可维护性： 状态模式可以将对象的复杂行为分解成多个独立的状态类，从而提高代码的可维护性。

缺点：

复杂性： 状态模式可能会增加代码的复杂性，尤其是当状态类较多时。
性能开销： 状态模式可能会带来额外的性能开销，因为需要在运行时动态切换状态类。

应用场景：

电梯状态：电梯可以处于不同的状态，如上升、下降、停止和开门。
交通信号灯状态：交通信号灯可以处于不同的状态，如红灯、绿灯和黄灯。
播放器状态：播放器可以处于不同的状态，如播放、暂停、停止和快进。

代码示例：

// 定义状态接口
interface State {
    void doAction(Context context);
}

// 实现开启状态
class StartState implements State {
    @Override
    public void doAction(Context context) {
        // 开启状态的具体行为
    }
}

// 实现停止状态
class StopState implements State {
    @Override
    public void doAction(Context context) {
        // 停止状态的具体行为
    }
}

// 定义上下文类
class Context {
    private State state;

    public Context(State state) {
        this.state = state;
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    public void doAction() {
        state.doAction(this);
    }
}

// 使用状态模式
class Player {
    private Context context;

    public Player() {
        context = new Context(new StartState());
    }

    public void start() {
        context.setState(new StartState());
        context.doAction();
    }

    public void stop() {
        context.setState(new StopState());
        context.doAction();
    }
}

// 使用示例
Player player = new Player();
player.start();
player.stop();

策略模式与状态模式的比较

策略模式和状态模式都是非常有用的设计模式，但它们有着不同的特点和应用场景。

特征	策略模式	状态模式
目的	将算法或策略封装成独立的类	将对象的内部状态抽象成不同的状态类
适用场景	需要在运行时根据不同的条件选择不同的算法或策略	对象的行为随着其内部状态的变化而发生改变
优点	可替换性、可扩展性、复用性	可扩展性、复用性、可维护性
缺点	复杂性、性能开销	复杂性、性能开销
应用场景	排序算法、数据压缩算法、加密算法	电梯状态、交通信号灯状态、播放器状态