Паттерн проектирования “Стратегия”

Привет! В предыдущих лекциях мы уже встречались с таким понятием как «паттерн проектирования». Если ты забыл, напомним: этим термином обозначают некое стандартное решение распространенной в программировании задачи. На JavaRush мы часто говорим, что ответ практически на любой вопрос можно загуглить. Поэтому задачу, похожую на твою, наверняка уже кто-то успешно решил. Так вот, паттерны — это проверенные временем и практикой решения наиболее распространенных задач или методы разрешения проблемных ситуаций. Это те самые «велосипеды», которые ни в коем случае не нужно изобретать самому, но нужно знать, как и когда их применить :) Другая задача паттернов — приведение архитектуры к единому стандарту. Читать чужой код — задача не из легких! Все пишут его по-разному, ведь одну и ту же задачу можно решить многими способами. Но использование паттернов позволяет разным программистам понять логику работы программы, не вникая в каждую строку кода (даже если они видят его впервые!) Сегодня мы рассмотрим один из наиболее распространенных паттернов под названием «Стратегия». Представим, что мы пишем программу, активно работающую с объектом Автомобиль. В данном случае даже не особо важно, что именно делает наша программа. Для этого мы создали систему наследования с одним родительским классом Auto и тремя дочерними классами: Sedan, Truck и F1Car.

public class Auto {

   public void gas() {
       System.out.println("Едем вперед");
   }

   public void stop() {

       System.out.println("Тормозим!");
   }
}

public class Sedan extends Auto {
}

public class Truck extends Auto {
}

public class F1Car extends Auto {
}

Все три дочерних класса наследуют от родительского два стандартных метода — gas() и stop() Программа у нас совсем простая: машины умеют только ехать вперед и тормозить. Продолжая нашу работу, мы решили добавить машинам новый метод — fill() (заправить топливо). Добавим его в родительский класс Auto:

public class Auto {

   public void gas() {
       System.out.println("Едем вперед");
   }

   public void stop() {

       System.out.println("Тормозим!");
   }
  
   public void fill() {
       System.out.println("Заправить бензин!");
   }
}

Казалось бы, разве могут в такой простой ситуации возникнуть проблемы? Ну, на самом деле, они уже возникли…

public class ChildrenBuggies extends Auto {

   public void fill() {
      
       //хм... Это детский багги, его не надо заправлять :/
   }
}

В нашей программе появился автомобиль, который не вписывается в общую концепцию — детский багги. Он может быть с педалями или радиоуправляемым, но одно ясно точно — бензин в него заливать некуда. Наша схема наследования привела к тому, что мы раздали общие методы даже тем классам, в которых они не нужны. Что нам делать в такой ситуации? Ну, например, можно переопределить метод fill() в классе ChildrenBuggies, чтобы при попытке заправить багги ничего не происходило:

public class ChildrenBuggies extends Auto {

   @Override
   public void fill() {
       System.out.println("Игрушечную машину нельзя заправить!");
   }
}

Но это решение сложно назвать удачным как минимум из-за дублирования кода. К примеру, большая часть классов будет использовать метод из родительского класса, но другая часть классов будет вынуждена его переопределить. Если у нас будет 15 классов, и в 5-6 мы будем вынуждены переопределять поведение, дублирование кода станет довольно обширным. Может, нам смогут помочь интерфейсы? Например, вот такой:

public interface Fillable {
  
   public void fill();
}

Мы создадим интерфейс Fillable с одним методом fill(). Соответственно, те машины, которые необходимо заправлять, будут имплементировать этот интерфейс, а другие машины (к примеру, наш багги) — не будут. Но и этот вариант нам не подойдет. Наша иерархия классов может в будущем разрастись до очень большого числа (представь, сколько разных видов автомобилей есть на свете). Мы отказались от предыдущего варианта с наследованием, потому что не хотели много раз переопределять метод fill(). Здесь же нам придется реализовывать его в каждом классе! А что если их у нас будет 50? И если в нашу программу будут вноситься частые изменения (а в реальных программах почти всегда так и будет!), нам придется носиться с высунутым языком между всеми 50 классами и менять поведение каждого из них вручную. Так как же нам в итоге поступить? Чтобы решить нашу проблему, выберем иной путь. А именно — отделим поведение нашего класса от самого класса. Что это значит? Как ты знаешь, любой объект имеет состояние (набор данных) и поведение (набор методов). Поведение нашего класса машин состоит из трех методов — gas(), stop() и fill(). С первыми двумя методами все в порядке. А вот третий метод мы вынесем за пределы класса Auto. Это и будет отделением поведения от класса (точнее, мы отделяем только часть поведения — два первых метода остаются на месте). Куда же мы должны перенести наш метод fill()? Сходу ничего не приходит в голову :/ Он, вроде как, был вполне на своем месте. Мы перенесем его в отдельный интерфейс — FillStrategy!

public interface FillStrategy {

   public void fill();
}

Зачем нам нужен этот интерфейс? Все просто. Теперь мы сможем создать несколько классов, которые будут этот интерфейс реализовывать:

public class HybridFillStrategy implements FillStrategy {
  
   @Override
   public void fill() {
       System.out.println("Заправляем бензином или электричеством на выбор!");
   }
}

public class F1PitstopStrategy implements FillStrategy {
  
   @Override
   public void fill() {
       System.out.println("Заправляем бензин только после всех остальных процедур пит-стопа!");
   }
}

public class StandartFillStrategy implements FillStrategy {
   @Override
   public void fill() {
       System.out.println("Просто заправляем бензин!");
   }
}

Мы создали три стратегии поведения — для обычных машин, для гибридов и для болидов Формулы-1. Каждая стратегия реализует отдельный алгоритм заправки. В нашем случае это просто вывод в консоль, но внутри метода может быть и какая-то сложная логика. Что же нам делать с этим дальше?

public class Auto {

   FillStrategy fillStrategy;

   public void fill() {
       fillStrategy.fill();
   }

   public void gas() {
       System.out.println("Едем вперед");
   }

   public void stop() {
       System.out.println("Тормозим!");
   }
  
}

Мы используем наш интерфейс FillStrategy в качестве поля в родительском классе Auto. Обрати внимание: мы не указываем конкретную реализацию, а используем именно интерфейс. А конкретные реализации интерфейса FillStrategy понадобятся нам в дочерних классах-автомобилях:

public class F1Car extends Auto {

   public F1Car() {
       this.fillStrategy = new F1PitstopStrategy();
   }
}

public class HybridAuto extends Auto {

   public HybridAuto() {
       this.fillStrategy = new HybridFillStrategy();
   }
}

public class Sedan extends Auto {

   public Sedan() {
       this.fillStrategy = new StandartFillStrategy();
   }
}

Посмотрим, что у нас получилось:

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       Auto sedan = new Sedan();
       Auto hybrid = new HybridAuto();
       Auto f1car = new F1Car();

       sedan.fill();
       hybrid.fill();
       f1car.fill();
   }
}

Вывод в консоль:

Просто заправляем бензин!
Заправляем бензином или электричеством на выбор!
Заправляем бензин только после всех остальных процедур пит-стопа!

Отлично, процесс заправки работает как надо! Кстати, ничто не мешает нам использовать стратегию в качестве параметра в конструкторе! Например, вот так:

public class Auto {

   private FillStrategy fillStrategy;

   public Auto(FillStrategy fillStrategy) {
       this.fillStrategy = fillStrategy;
   }

   public void fill() {
       this.fillStrategy.fill();
   }

   public void gas() {
       System.out.println("Едем вперед");
   }

   public void stop() {
       System.out.println("Тормозим!");
   }
}

public class Sedan extends Auto {

   public Sedan() {
       super(new StandartFillStrategy());
   }
}



public class HybridAuto extends Auto {

   public HybridAuto() {
       super(new HybridFillStrategy());
   }
}

public class F1Car extends Auto {

   public F1Car() {
       super(new F1PitstopStrategy());
   }
}

Запустим наш метод main() (он остался без изменений), и получим тот же результат! Вывод в консоль:

Просто заправляем бензин!
Заправляем бензином или электричеством на выбор!
Заправляем бензин только после всех остальных процедур пит-стопа!

Паттерн «Стратегия» определяет семейство алгоритмов, инкапсулирует каждый из них и обеспечивает их взаимозаменяемость. Он позволяет модифицировать алгоритмы независимо от их использования на стороне клиента (это определение взято из книги “Изучаем паттерны проектирования” и кажется мне крайне удачным). Мы выделили интересующее нас семейство алгоритмов (виды заправки машин) в отдельных интерфейс с несколькими реализациями. Мы отделили их от самой сущности автомобиля. Поэтому теперь, если нам понадобится внести какие-то изменения в тот или иной процесс заправки, это никак не затронет наши классы машин. Что касается взаимозаменяемости, то для ее достижения нам достаточно добавить один метод-сеттер в наш класс Auto:

public class Auto {

   FillStrategy fillStrategy;

   public void fill() {
       fillStrategy.fill();
   }

   public void gas() {
       System.out.println("Едем вперед");
   }

   public void stop() {
       System.out.println("Тормозим!");
   }

   public void setFillStrategy(FillStrategy fillStrategy) {
       this.fillStrategy = fillStrategy;
   }
}

Теперь мы можем менять стратегии на ходу:

public class Main {

   public static void main(String[] args) {

       ChildrenBuggies buggies = new ChildrenBuggies();
       buggies.setFillStrategy(new StandartFillStrategy());

       buggies.fill();
   }
}

Если вдруг детские машины-багги начнут заправлять бензином, наша программа будет готова к такому варианту развития событий :) Вот, собственно, и все! Ты выучил еще один паттерн проектирования, который, несомненно, тебе понадобится и еще не раз выручит в работе над реальными проектами :) До новых встреч!