使用 Function 來編寫策略模式：優雅而高效的設計模式實踐

引言：為什么選擇策略模式？

策略模式（Strategy Pattern）是行為設計模式中的經典之一，它允許我們定義一系列的算法或操作，并使得它們可以互換使用。策略模式的關鍵思想是將算法的實現與使用它們的上下文分離，使得同一操作可以根據不同的策略來實現。

但在 Java 中，如何實現這個設計模式呢？通常我們會使用接口、抽象類和具體實現來完成，但這往往導致代碼復雜、冗長。那么，如何利用 Java 8 引入的 Function 來使策略模式變得更加簡潔和優雅呢？

這篇文章將展示如何通過 Function 來實現策略模式，從而使得策略模式更加靈活、簡潔且易于維護。

一、策略模式的傳統實現

首先，讓我們看看傳統的策略模式是如何實現的。在這個例子中，我們有一個 PaymentStrategy，它有多種不同的支付方式，例如 信用卡支付 和 PayPal 支付。

1. 定義策略接口：

interface PaymentStrategy {void pay(double amount);
}

2. 實現具體策略：

class CreditCardPayment implements PaymentStrategy {private String cardNumber;public CreditCardPayment(String cardNumber) {this.cardNumber = cardNumber;}@Overridepublic void pay(double amount) {System.out.println("Paid " + amount + " using Credit Card: " + cardNumber);}
}class PayPalPayment implements PaymentStrategy {private String email;public PayPalPayment(String email) {this.email = email;}@Overridepublic void pay(double amount) {System.out.println("Paid " + amount + " using PayPal account: " + email);}
}

3. 策略上下文：

class PaymentContext {private PaymentStrategy strategy;public PaymentContext(PaymentStrategy strategy) {this.strategy = strategy;}public void executePayment(double amount) {strategy.pay(amount);}
}

4. 客戶端代碼：

public class Main {public static void main(String[] args) {PaymentStrategy creditCardPayment = new CreditCardPayment("1234-5678-9876");PaymentStrategy payPalPayment = new PayPalPayment("user@example.com");PaymentContext context = new PaymentContext(creditCardPayment);context.executePayment(100.00);context = new PaymentContext(payPalPayment);context.executePayment(200.00);}
}

通過這種方式，我們使用不同的策略來支付不同的金額。代碼看起來清晰，但我們有很多重復的代碼結構，如 PaymentStrategy 接口和各個策略類的實現。接下來，我們將使用 Function 來改進這一設計。

二、使用 Function 改進策略模式

在 Java 8 引入的 Function 可以幫助我們簡化這個過程。Function 是一個函數式接口，它接受一個輸入并返回一個結果。在策略模式中，我們將 Function 作為策略的實現來代替原本的類結構。

1. 使用 Function 定義策略：

我們不再需要定義一個接口或多個類來實現不同的策略，而是直接使用 Function 來表示每種策略。每個 Function 接收一個 double 類型的支付金額并執行支付操作。

2. 改進的策略代碼：

import java.util.function.Function;public class PaymentStrategy {// 使用 Function 來表示支付策略public static Function<Double, Void> creditCardPayment(String cardNumber) {return amount -> {System.out.println("Paid " + amount + " using Credit Card: " + cardNumber);return null; // 返回類型為 Void，表示沒有返回值};}public static Function<Double, Void> payPalPayment(String email) {return amount -> {System.out.println("Paid " + amount + " using PayPal account: " + email);return null;};}
}

3. 策略上下文（更簡化）：

class PaymentContext {private Function<Double, Void> strategy;public PaymentContext(Function<Double, Void> strategy) {this.strategy = strategy;}public void executePayment(double amount) {strategy.apply(amount);  // 使用 Function 的 apply 方法執行支付}
}

4. 客戶端代碼：

public class Main {public static void main(String[] args) {// 使用 Function 傳遞支付策略Function<Double, Void> creditCardPayment = PaymentStrategy.creditCardPayment("1234-5678-9876");Function<Double, Void> payPalPayment = PaymentStrategy.payPalPayment("user@example.com");PaymentContext context = new PaymentContext(creditCardPayment);context.executePayment(100.00);context = new PaymentContext(payPalPayment);context.executePayment(200.00);}
}

三、優勢分析：

簡潔的代碼：
- 使用 Function 來代替傳統的接口和具體類，不僅減少了類的數量，而且讓代碼更加簡潔。我們不需要為每個策略創建一個類，所有策略的實現都可以在一個地方集中定義。
靈活性：
- Function 可以非常容易地通過 Lambda 表達式來定義，也可以根據需求動態調整策略。而且，Function 是一個高度可組合的接口，可以通過鏈式調用來組合多個函數。
代碼維護：
- 使用 Function 來表達策略使得每個策略變得更加簡潔且獨立，開發者可以輕松地替換策略或修改策略的行為，而無需修改復雜的類結構。
與 Java 8+ 特性結合：
- 結合 Java 8 的 Lambda 表達式、Stream API 等特性，Function 讓代碼更加符合現代 Java 編程風格。

四、進一步優化：策略的復用和組合

一個重要的應用場景是我們可以通過組合多個 Function 來復用現有策略或創建新策略。例如，我們可以組合支付策略和折扣策略來構建更復雜的支付流程。

示例：組合策略

假設我們需要為支付金額應用折扣：

public class DiscountedPayment {public static Function<Double, Double> applyDiscount(double discountRate) {return amount -> amount - (amount * discountRate);}public static Function<Double, Void> creditCardPaymentWithDiscount(String cardNumber, double discountRate) {Function<Double, Double> discount = applyDiscount(discountRate);return amount -> {double discountedAmount = discount.apply(amount);System.out.println("Paid " + discountedAmount + " using Credit Card: " + cardNumber);return null;};}
}

我們可以將折扣策略與支付策略組合：

Function<Double, Void> creditCardPaymentWithDiscount = DiscountedPayment.creditCardPaymentWithDiscount("1234-5678-9876", 0.1);
PaymentContext context = new PaymentContext(creditCardPaymentWithDiscount);
context.executePayment(100.00);  // 輸出：Paid 90.0 using Credit Card: 1234-5678-9876