状态模式(State Pattern) :允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为,对象看起来似乎修改了它的类。其别名为状态对象(Objects for States),状态模式是一种对象行为型模式。
状态模式包含如下角色:
Context: 环境类
State: 抽象状态类
ConcreteState: 具体状态类
状态模式描述了对象状态的变化以及对象如何在每一种状态下表现出不同的行为。
状态模式的关键是引入了一个抽象类(State)来专门表示对象的状态,这个类我们叫做抽象状态类,而对象的每一种具体状态类(ConcreteState)都继承了该类,并在不同具体状态类中实现了不同状态的行为,包括各种状态之间的转换。
在状态模式结构中需要理解环境类与抽象状态类的作用:
环境类(Context)实际上就是拥有状态的对象,环境类有时候可以充当状态管理器(State Manager)的角色,可以在环境类中对状态进行切换操作。
抽象状态类可以是抽象类,也可以是接口,不同状态类就是继承这个父类的不同子类,状态类的产生是由于环境类存在多个状态,同时还满足两个条件: 这些状态经常需要切换,在不同的状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中,使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为,对象看起来似乎修改了它的类,而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。由于环境类可以设置为任一具体状态类,因此它针对抽象状态类进行编程,在程序运行时可以将任一具体状态类的对象设置到环境类中,从而使得环境类可以改变内部状态,并且改变行为。
回顾定义:允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为,这个对象即Context,内部状态即State,State改变的同时改变Context
有个程序猿想请比较长的假(开始请假流程处于初始状态),于是根据公司的请假流程开始请假,因为请假系统还不完善,请假流程需要程序猿自己去跟进进度,而且各级负责人比较忙,无法立即审批。首先程序猿要写好请假条,然后交给自己的技术leader,等待技术leader审批(请假流程处于leader审批状态),等技术审批完之后,需要跑到部门负责人那里,等待部门负责人审批(请假流程处于部门负责人审批状态),部门负责人审批完之后,程序猿最后还需要交请假条到人力资源,等待人力资源审批(请假流程处于人力资源审批状态),最后请假成功(此时请假流程处于初始状态)
请假系统(也就是Context)
public class LeaveSystem {
private State mState;
private boolean mIsFinish = false;
private State mInitState = new InitState();
private State mLeaderState = new LeaderState();
private State mBranchState = new BranchState();
private State mHRState = new HRState();
public LeaveSystem(){
setState(getInitState());
}
public boolean start(){
System.out.println("程序猿提交请假申请");
setState(getLeaderState());
mIsFinish = false;
return mState.handleState(this);
}
public void setState(State state) {
mState = state;
System.out.println(mState.getStateMsg());
}
public boolean next(){
return mState.handleState(this);
}
public boolean finish(){
System.out.println("程序猿请假流程结束");
setState(getInitState());
mIsFinish = true;
return false;
}
public boolean isFinish() {
return mIsFinish;
}
public State getHRState(){
return mHRState;
}
public State getLeaderState(){
return mLeaderState;
}
public State getBranchState(){
return mBranchState;
}
public State getInitState(){
return mInitState;
}
}
抽象状态类
public interface State {
String getStateMsg();
boolean handleState(LeaveSystem system);
}
初始状态
public class InitState implements State {
@Override
public String getStateMsg() {
return "请假流程未开始";
}
@Override
public boolean handleState(LeaveSystem system) {
return false;
}
技术Leader审批状态
public class LeaderState implements State{
@Override
public String getStateMsg() {
return "技术负责人审批中";
}
@Override
public boolean handleState(LeaveSystem system) {
System.out.println("技术负责人签名批准");
//更新当前状态为部门负责人审批状态
//不要直接采用system.setState(new BranchState());
//因为会导致和BranchState耦合
system.setState(system.getBranchState());
return true;
}
}
部门负责人审批状态
public class BranchState implements State {
@Override
public String getStateMsg() {
return "部门审批中";
}
@Override
public boolean handleState(LeaveSystem system) {
System.out.println("部门负责人签名批准");
//更新当前状态为HR审批状态
system.setState(system.getHRState());
return true;
}
}
人力资源审批状态
public class HRState implements State {
@Override
public String getStateMsg() {
return "HR 审批中";
}
@Override
public boolean handleState(LeaveSystem system) {
System.out.println("HR 签名批准");
system.finish();//结束流程
return false;
}
}
程序猿请假
public static void main(String args[]){
LeaveSystem system = new LeaveSystem();
system.start();//开启请假流程
while (!system.isFinish()){//请假流程还未结束
system.next();//走下一步
}
}
输出
请假流程未开始
程序猿提交请假申请
技术负责人审批中
技术负责人签名批准
部门审批中
部门负责人签名批准
HR 审批中
HR 签名批准
程序猿请假流程结束
请假流程未开始
封装了转换规则。
例子中从Leader到Branch的转换
枚举可能的状态,在枚举状态之前需要确定状态种类。
比如例子枚举了四个状态(Leader,Branch,HR,Init)
将所有与某个状态有关的行为放到一个类中,并且可以方便地增加新的状态,只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
比如对于一些高级员工,部门负责人和人力资源中间需要增加一个新的CEO审批状态,则很方便就可以增加
允许状态转换逻辑与状态对象合成一体,而不是某一个巨大的条件语句块。
例子中如果把各个状态用要给静态变量int表示,则会产生大量if/else
状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
例子中增加了一个抽象接口和四个状态类
状态模式的结构与实现都较为复杂,如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
状态模式对“开闭原则”的支持并不太好,对于可以切换状态的状态模式,增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码,否则无法切换到新增状态;而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。
比如Branch和HR状态之间要增加CEO审批状态,则需要改变LeaveSystem和BranchState的代码
LeaveSystem中需要增加:
CEOState mCeoState = new CEOState();
public State getCEOState(){
return mCeoState;
}
BranchState需要修改方法:
@Override
public boolean handleState(LeaveSystem system) {
System.out.println("部门负责人签名批准");
system.setState(system.getCEOState());
return true;
}
所以增加一个状态,需要改变环境类,甚至其他的状态类
简单状态模式:简单状态模式是指状态都相互独立,状态之间无须进行转换的状态模式,这是最简单的一种状态模式。对于这种状态模式,每个状态类都封装与状态相关的操作,而无须关心状态的切换,可以在客户端直接实例化状态类,然后将状态对象设置到环境类中。如果是这种简单的状态模式,它遵循“开闭原则”,在客户端可以针对抽象状态类进行编程,而将具体状态类写到配置文件中,同时增加新的状态类对原有系统也不造成任何影响。
可切换状态的状态模式(例子即是):大多数的状态模式都是可以切换状态的状态模式,在实现状态切换时,在具体状态类内部需要调用环境类Context的setState()方法进行状态的转换操作,在具体状态类中可以调用到环境类的方法,因此状态类与环境类之间通常还存在关联关系或者依赖关系。通过在状态类中引用环境类的对象来回调环境类的setState()方法实现状态的切换。在这种可以切换状态的状态模式中,增加新的状态类可能需要修改其他某些状态类甚至环境类的源代码,否则系统无法切换到新增状态。
在以下情况下可以使用状态模式:
状态模式在工作流或游戏等类型的软件中得以广泛使用,甚至可以用于这些系统的核心功能设计,如在政府OA办公系统中,一个批文的状态有多种:尚未办理;正在办理;正在批示;正在审核;已经完成等各种状态,而且批文状态不同时对批文的操作也有所差异。使用状态模式可以描述工作流对象(如批文)的状态转换以及不同状态下它所具有的行为。