掌握策略設計模式：開發人員指南

En tant qu'ingénieurs logiciels, nous sommes constamment chargés de créer des systèmes maintenables, flexibles et extensibles. Dans ce contexte, les modèles de conception sont des outils puissants qui nous aident à résoudre des problèmes récurrents de manière structurée et réutilisable. L'un de ces modèles de conception est le Modèle de stratégie, qui fait partie de la famille des Modèles comportementaux.

Le Strategy Pattern vous permet de définir une famille d'algorithmes, d'encapsuler chacun d'eux et de les rendre interchangeables. Cela signifie que le client peut choisir l'algorithme ou la stratégie appropriée au moment de l'exécution sans altérer les fonctionnalités de base du système.

Dans ce blog, je vais approfondir le modèle de stratégie, ses concepts et composants clés, un exemple concret, et quand et pourquoi vous devriez l'utiliser. Nous explorerons également comment le modèle de stratégie fonctionne avec l'abstraction, les énumérations et même le modèle d'usine pour rendre la conception plus robuste et flexible.

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Qu'est-ce que le modèle de conception de stratégie ?

Le Modèle de stratégie est un modèle de conception comportementale qui permet de sélectionner le comportement d'un algorithme au moment de l'exécution. Au lieu d'avoir un algorithme unique et monolithique, le modèle de stratégie permet au comportement (ou à la stratégie) d'être interchangeable, ce qui rend le système plus flexible et plus facile à maintenir.

Idée de base :

• Définir une famille d'algorithmes (stratégies).
• Encapsulez chaque algorithme dans une classe distincte.
• Rendre les algorithmes interchangeables.
• Laissez le client choisir quel algorithme utiliser lors de l'exécution.

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Quand et pourquoi devriez-vous utiliser le modèle de stratégie ?

Cas d'utilisation :

Le modèle de stratégie est particulièrement utile lorsque :

• Vous disposez d'une famille d'algorithmes, et le client doit en choisir un à exécuter.
• Vous devez sélectionner différents comportements de manière dynamique (par exemple, tri, tarification, traitement des paiements).
• Le comportement est indépendant du client mais varie selon le contexte.
• Vous voulez éviter les grandes instructions conditionnelles (comme if ou switch) qui décident du comportement à exécuter.

Pourquoi l'utiliser ?

• Séparation des préoccupations : Le modèle de stratégie sépare les préoccupations de l'algorithme du reste du système. Le code client ignore le fonctionnement interne de l'algorithme, ce qui le rend plus modulaire.

• Extensibilité : De nouveaux algorithmes peuvent être ajoutés sans modifier le code existant, simplement en ajoutant de nouvelles classes de stratégie.

• Maintenabilité : il réduit la complexité du code en déléguant différents comportements à des classes de stratégie individuelles, ce qui facilite la maintenance.

Quand ne pas utiliser ?

• Algorithmes simples : Si l'algorithme avec lequel vous travaillez est simple et ne change pas, l'utilisation d'un modèle de stratégie peut être excessive.

• Trop de stratégies : Si vous disposez d'un grand nombre de stratégies, cela peut conduire à une explosion de classes, ce qui pourrait nuire à la lisibilité et augmenter la complexité.

• Changements peu fréquents : Si l'algorithme ne change pas souvent, l'introduction du modèle de stratégie peut introduire une complexité inutile.

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Concepts et composants clés du modèle de stratégie

Le modèle de stratégie se compose des éléments clés suivants :

1. Contexte :

   • C'est la classe qui va interagir avec un objet Stratégie. Il contient généralement une référence à une stratégie et délègue le comportement réel à cette stratégie.

2. Stratégie :

   • Il s'agit d'une interface (ou classe abstraite) qui déclare une méthode d'exécution de l'algorithme. Des stratégies concrètes mettent en œuvre cette interface pour proposer différents comportements.

3. Stratégie concrète :

   • Ce sont les classes qui implémentent l'interface Strategy et définissent des algorithmes ou des comportements spécifiques.

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Exemple concret : système de traitement des paiements

Considérons un système de traitement des paiements qui permet aux utilisateurs de payer en utilisant différentes méthodes telles que la Carte de crédit, PayPal et la Crypto-monnaie. Le comportement de traitement des paiements diffère pour chaque méthode, mais le contexte (le panier dans ce cas) doit pouvoir traiter les paiements sans se soucier des spécificités de chaque méthode de paiement.

Étape 1 : Définir l'énumération PaymentMethod

Nous allons commencer par utiliser une énumération pour définir différents modes de paiement. Cela rend le choix du mode de paiement sûr et plus facile à gérer.

public enum PaymentMethod {
    CREDIT_CARD,
    PAYPAL,
    CRYPTOCURRENCY;
}

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Étape 2 : Créer la classe PaymentInformation

Cette classe encapsule les détails requis pour traiter un paiement. Il contient le mode de paiement et les détails du paiement (comme le numéro de carte, l'e-mail ou l'adresse de crypto-monnaie).

public class PaymentInformation {
    private PaymentMethod paymentMethod;
    private String paymentDetails;

    public PaymentInformation(PaymentMethod paymentMethod, String paymentDetails) {
        this.paymentMethod = paymentMethod;
        this.paymentDetails = paymentDetails;
    }

    public PaymentMethod getPaymentMethod() {
        return paymentMethod;
    }

    public String getPaymentDetails() {
        return paymentDetails;
    }
}

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Étape 3 : Définir l'interface PaymentStrategy

Ce sera l'interface de base pour toutes les stratégies de paiement. Il définit la méthode commune pay(), que toutes les stratégies concrètes mettront en œuvre.

public abstract class PaymentStrategy {
    protected PaymentInformation paymentInformation;

    public PaymentStrategy(PaymentInformation paymentInformation) {
        this.paymentInformation = paymentInformation;
    }

    public abstract void pay(double amount);

    protected boolean validatePaymentDetails() {
        return paymentInformation != null && paymentInformation.getPaymentDetails() != null && !paymentInformation.getPaymentDetails().isEmpty();
    }
}

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Step 4: Implement Concrete Strategies

Here, we implement the concrete strategies for CreditCardPayment, PayPalPayment, and CryptoPayment. Each of these classes implements the pay() method according to the payment type.

Credit Card Payment Strategy

public class CreditCardPayment extends PaymentStrategy {
    public CreditCardPayment(PaymentInformation paymentInformation) {
        super(paymentInformation);
    }

    @Override
    public void pay(double amount) {
        if (validatePaymentDetails()) {
            System.out.println("Paid " + amount + " using Credit Card: " + paymentInformation.getPaymentDetails());
        } else {
            System.out.println("Invalid Credit Card details.");
        }
    }
}

PayPal Payment Strategy

public class PayPalPayment extends PaymentStrategy {
    public PayPalPayment(PaymentInformation paymentInformation) {
        super(paymentInformation);
    }

    @Override
    public void pay(double amount) {
        if (validatePaymentDetails()) {
            System.out.println("Paid " + amount + " using PayPal: " + paymentInformation.getPaymentDetails());
        } else {
            System.out.println("Invalid PayPal details.");
        }
    }
}

Cryptocurrency Payment Strategy

public class CryptoPayment extends PaymentStrategy {
    public CryptoPayment(PaymentInformation paymentInformation) {
        super(paymentInformation);
    }

    @Override
    public void pay(double amount) {
        if (validatePaymentDetails()) {
            System.out.println("Paid " + amount + " using Cryptocurrency to address: " + paymentInformation.getPaymentDetails());
        } else {
            System.out.println("Invalid cryptocurrency address.");
        }
    }
}

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Step 5: Factory to Select the Strategy

We will use the Factory Pattern to instantiate the appropriate payment strategy based on the payment method. This makes the system more flexible and allows the client to select a payment method at runtime.

public class PaymentStrategyFactory {
    public static PaymentStrategy createPaymentStrategy(PaymentInformation paymentInformation) {
        switch (paymentInformation.getPaymentMethod()) {
            case CREDIT_CARD:
                return new CreditCardPayment(paymentInformation);
            case PAYPAL:
                return new PayPalPayment(paymentInformation);
            case CRYPTOCURRENCY:
                return new CryptoPayment(paymentInformation);
            default:
                throw new IllegalArgumentException("Unsupported payment method: " + paymentInformation.getPaymentMethod());
        }
    }
}

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Step 6: Client Code (ShoppingCart)

The ShoppingCart class is the context where the payment strategy is used. It delegates the payment responsibility to the strategy selected by the factory.

public class ShoppingCart {
    private PaymentStrategy paymentStrategy;

    public ShoppingCart(PaymentInformation paymentInformation) {
        this.paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.createPaymentStrategy(paymentInformation);
    }

    public void checkout(double amount) {
        paymentStrategy.pay(amount);
    }

    public void setPaymentInformation(PaymentInformation paymentInformation) {
        this.paymentStrategy = PaymentStrategyFactory.createPaymentStrategy(paymentInformation);
    }
}

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Step 7: Running the Example

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        PaymentInformation cardInfo = new PaymentInformation(PaymentMethod.CREDIT_CARD, "1234-5678-9876");
        ShoppingCart cart = new ShoppingCart(cardInfo);
        cart.checkout(250.0);

        PaymentInformation paypalInfo = new PaymentInformation(PaymentMethod.PAYPAL, "john.doe@example.com");
        cart.setPaymentInformation(paypalInfo);
        cart.checkout(150.0);

        PaymentInformation cryptoInfo = new PaymentInformation(PaymentMethod.CRYPTOCURRENCY, "1A2B3C4D5E6F");
        cart.setPaymentInformation(cryptoInfo);
        cart.checkout(500.0);
    }
}

Output:

Paid 250.0 using Credit Card: 1234-5678-9876
Paid 150.0 using PayPal: john.doe@example.com
Paid 500.0 using Cryptocurrency to address: 1A2B3C4D5E6F

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Benefits of the Strategy Pattern

• Flexibility: Strategies can be easily swapped at runtime, allowing dynamic

behavior changes without modifying the core logic.

• Extensibilité : L'ajout de nouvelles stratégies ne nécessite pas de modifier le code existant ; vous créez simplement de nouvelles classes de stratégie.
• Séparation des préoccupations : la stratégie encapsule l'algorithme, de sorte que la classe de contexte (par exemple, ShoppingCart) ne sait pas comment le paiement est traité.
• Maintenabilité : le code est plus propre et plus maintenable car la logique de chaque stratégie est isolée dans sa propre classe.

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Inconvénients du modèle de stratégie

• Complexité : l'introduction de plusieurs stratégies augmente le nombre de classes dans le système, ce qui peut rendre la navigation plus difficile, en particulier pour les cas d'utilisation simples.
• Surcharge : Dans certains cas, si le nombre de stratégies est faible, l'utilisation de ce modèle peut introduire une abstraction et une surcharge inutiles.
• Gestion des dépendances : La gestion des dépendances entre les stratégies et leur initialisation peut nécessiter une surcharge supplémentaire, notamment lorsque les stratégies dépendent de ressources externes.

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Conclusion

Le Modèle de stratégie est un modèle de conception essentiel pour atteindre la flexibilité et la modularité de votre système. Il fournit un moyen élégant d'encapsuler des algorithmes et permet une flexibilité d'exécution sans modifier le code existant. Que vous construisiez un système de traitement des paiements, une bibliothèque d'algorithmes de tri ou même un moteur d'IA de jeu, le modèle de stratégie peut vous aider à rendre votre code plus maintenable, extensible et plus facile à modifier à mesure que les exigences évoluent.

En tirant parti de l'abstraction, des énumérations et du Factory Pattern, vous pouvez créer des systèmes encore plus robustes, à la fois sécurisés et flexibles.

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Lectures complémentaires

1. Modèles de conception : éléments de logiciels orientés objet réutilisables par Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides – le livre fondateur qui a présenté de nombreux modèles de conception, y compris le modèle de stratégie.
2. Head First Design Patterns par Eric Freeman, Elisabeth Robson – une introduction accessible aux modèles de conception avec des exemples pratiques.
3. Refactoring : Improving the Design of Existing Code par Martin Fowler – explore la valeur des modèles de conception dans la refactorisation du code pour une meilleure maintenabilité.

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