JAVA设计模式--状态模式
目录
一、什么是状态模式
二、状态模式的结构
三、状态模式应用举例
四、理解状态模式
五、状态模式的适用性
六、状态模式的优缺点
一、什么是状态模式
状态(State)）模式，又称状态对象(Pattern of Objects for States)模式，是一种对象的行为模式。状态模式允许一个对象在其内部状态改变的时候改变其行为。这个对象看上去就像是改变了它的类一样。
状态模式的本质：根据状态来分离和选择行为
二、状态模式的结构
状态模式涉及的角色及其职责如下：
环境(Context)角色:也称上下文,通常用来定义客户端感兴趣的接口，同时维护一个来具体处理当前状态的对象示例。
抽象状态(State)角色：定义一个接口，用来封装与环境（Context）对象的一个特定的状态所对应的行为。
具体状态(ConcreteState)角色：每一个具体状态类都实现了一个跟环境（Context）相关的状态的具体处理。
状态模式结构示意源代码如下：
/**
* 抽象状态(State)角色，用来封装与环境（Context）对象的一个特定的状态所对应的行为
*/
public interface State {
/**
* 状态对应的处理
*
* @param sampleParameter 示例参数
*/
public void handle(String sampleParameter);
}/**
* 具体状态(ConcreteState)角色，实现一个与Context的一个特定状态相关的行为
*/
public class ConcreteStateA implements State {
@Override
public void handle(String sampleParameter) {
// 实现具体的处理
}
}/**
* 具体状态(ConcreteState)角色，实现一个与Context的一个特定状态相关的行为
*/
public class ConcreteStateB implements State {
@Override
public void handle(String sampleParameter) {
// 实现具体的处理
}
}
/**
* 环境(Context)角色
*/
public class Context {
// 持有一个State类型的对象实例
private State state;
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public void request(String sampleParameter) {
// 处理操作，会转调State来处理
state.handle(sampleParameter);
}
}三、状态模式应用举例
《研磨设计模式》中给出这么一个场景：实现在线投票。
考虑一个在线投票的应用，要实现控制同一个用户只能投一票，如果一个用户重复投票，而且投票次数超过5次，则判定为恶意刷票，要取消该用户投票的资格，当然同时也要取消他所投的票；如果一个用户的投票次数超过8次，将进入黑名单，禁止再登录和使用系统。
以上功能我们使用状态模式来实现：
首先需要把投票过程的各种状态定义出来，根据以上描述大致分为四种状态：正常投票、重复投票、恶意刷票、进入黑名单。
设计好的程序结构如图所示：
先来看看状态接口的代码实现，示例代码如下。
public interface VoteState {
/**
* 处理状态对应的行为
*
* @param user
* 投票人
* @param voteItem
* 投票项
* @param voteManager
* 投票上下文，用来在实现状态对应的功能处理的时候， 可以回调上下文的数据
*/
public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager);
}接下来看看各个状态对应的处理，示例代码如下。
/**
* 正常投票状态
*/
public class NormalVoteState implements VoteState {
@Override
public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
// 正常投票，记录到投票记录中
voteManager.getMapVote().put(user, voteItem);
System.out.println("恭喜您，投票成功。");
}
}/**
* 重复投票状态
*/
public class RepeatVoteState implements VoteState {
@Override
public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
// 重复投票，此处仅打印一个警告作为示意
System.out.println("警告：请不要重复投票!");
}
}/**
* 恶意刷票状态
*/
public class SpiteVoteState implements VoteState {
@Override
public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
// 恶意投票，取消用户的投票资格，并取消投票记录
String str = voteManager.getMapVote().get(user);
if (str != null) {
voteManager.getMapVote().remove(user);
}
System.out.println("你有恶意刷屏行为，取消投票资格！");
}
}/**
* 黑名单状态
*/
public class BlackVoteState implements VoteState {
@Override
public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
// 记录在黑名单中，禁止登录系统
System.out.println("提示：您已进入投票黑名单，禁止登录和使用本系统！");
}
}最后看看投票管理，相当于状态模式中的上下文，示例代码如下。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class VoteManager {
// 持有状体处理对象实例
private VoteState state = null;
// 记录用户投票的结果，Map对应Map<用户名称，投票的选项>
private Map mapVote = new HashMap();
// 记录用户投票次数，Map对应Map<用户名称，投票的次数>
private Map mapVoteCount = new HashMap();
/**
* 获取用户投票结果的Map
*/
public Map getMapVote() {
return mapVote;
}
/**
* 投票
*
* @param user
* 投票人
* @param voteItem
* 投票的选项
*/
public void vote(String user, String voteItem) {
// 1.为该用户增加投票次数
// 从记录中取出该用户已有的投票次数
Integer oldVoteCount = mapVoteCount.get(user);
if (oldVoteCount == null) {
oldVoteCount = 0;
}
oldVoteCount += 1;
mapVoteCount.put(user, oldVoteCount);
// 2.判断该用户的投票类型，就相当于判断对应的状态
// 到底是正常投票、重复投票、恶意投票还是上黑名单的状态
if (oldVoteCount == 1) {
state = new NormalVoteState();
} else if (oldVoteCount > 1 && oldVoteCount < 5) {
state = new RepeatVoteState();
} else if (oldVoteCount >= 5 && oldVoteCount < 8) {
state = new SpiteVoteState();
} else if (oldVoteCount > 8) {
state = new BlackVoteState();
}
// 3.然后转调状态对象来进行相应的操作
state.vote(user, voteItem, this);
}
}
写个客户端来测试一下，示例代码如下。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个投票管理对象实例
VoteManager vm = new VoteManager();
// 通过一个循环操作来模仿用户连续投票9次的行为
for (int i = 0; i < 9; i++) {
vm.vote("u1", "A");
}
}
}运行程序打印结果如下：
恭喜您，投票成功。
警告：请不要重复投票!
警告：请不要重复投票!
警告：请不要重复投票!
你有恶意刷屏行为，取消投票资格！
你有恶意刷屏行为，取消投票资格！
你有恶意刷屏行为，取消投票资格！
你有恶意刷屏行为，取消投票资格！
提示：您已进入投票黑名单，禁止登录和使用本系统！四、理解状态模式
（1）状态和行为
所谓对象的状态，通常指的就是对象实例的属性的值；而行为指的就是对象的功能，再具体点说，行为大多可以对应到方法上。
状态模式的功能就是分离状态的行为，通过维护状态的变化，来调用不同状态对应的不同功能。也就是说，状态和行为是相关联的，它们的关系可以描述为：状态决定行为。
由于状态是在运行期间被改变的，因此行为也会在运行期间根据状态的改变而改变，看起来，同一个对象，在不同的运行时刻，行为是不一样的，就像是类被修改了一样。
（2）行为的平行性
注意平行性而不是平等性。所谓平行性指的是各个状态的行为所处的层次是一样的，相互独立的、没有关联的，是根据不同的状态来决定到底走平行线的哪一条。行为是不同的，当然对应的实现也是不同的，相互之间是不可替换的，如下图所示。
而平等性强调的是可替换性，大家是同一行为的不同描述或实现，因此在同一个行为发生的时候，可以根据条件挑选任意一个实现来进行相应的处理，如下图所示。
大家可能会发现状态模式的结构和策略模式的结构完全一样，但是，它们的目的、实现、本质却是完全不一样的。还有行为之间的特性也是状态模式和策略模式一个很重要的区别，状态模式的行为是平行性的，不可相互替换的；而策略模式的行为是平等性的，是可以相互替换的。
（3）环境和状态处理对象
在状态模式中，环境(Context)是持有状态的对象，但是环境自身并不处理跟特定的状态相关的行为，而是把处理状态的功能委托给了状态对应的状态处理类来处理。
在具体的状态处理类中经常需要获取环境自身的数据，甚至在必要的时候会回调环境的方法，因此，通常将环境自身当作一个参数传递给具体的状态处理类。
客户端一般只和环境交互。客户端可以用状态对象来配置一个环境，一旦配置完毕，就不再需要和状态对象打交道了。客户端通常不负责运行期间状态的维护，也不负责决定后续到底使用哪一个具体的状态处理对象。
五、状态模式的适用性
在以下条件下可以考虑使用状态模式：
• 一个对象的行为取决于它的状态,并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。
• 一个操作中含有庞大的多分支的条件语句，且这些分支依赖于该对象的状态。
六、状态模式的优缺点
使用状态模式的优点：
（1）简化应用逻辑控制
状态模式使用单独的类来封装一个状态的处理，可以把负责逻辑控制的代码分散到单独的状态类中去，这样就把着眼点从执行状态提高到整个对象的状态，使得代码结构化和意图更清晰，从而简化应用的逻辑控制。
（2）更好地分离状态和行为
状态模式通过设置所有状态类的公共接口，把状态和状态对应的行为分离开，把所有与一个特定的状态相关的行为都放入一个对象中，使得应用程序在控制的时候，只需要关心状态的切换，而不用关心这个状态对应的真正处理。
（3）更好的扩展性
引入了状态处理的公共接口后，使得扩展新的状态变得非常容易，只需要新增加一个实现状态处理的公共接口的实现类，然后在进行状态维护的地方，设置状态变化到这个新的状态即可。
（4）显式化进行状态转换
状态模式为不同的状态引入独立的对象，使得状态的转换变得更加明确。而且状态对象可以保证上下文不会发生内部状态不一致的情况，因为上下文中只有一个变量来记录状态对象，只要为这一个变量赋值就可以了。
使用状态模式的缺点：
一个状态对应一个状态处理类，会使得程序引入太多的状态类，这样程序变得杂乱。