Golang设计模式——状态模式

状态模式及其结构

状态模式(State)：当一个对象的内部状态发生改变时，会导致其行为的改变，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。状态模式用于解决系统中复杂对象的状态转换以及不同状态下行为的封装问题。当系统中某个对象存在多个状态，这些状态之间可以进行转换，而且对象在不同状态下行为不相同时可以使用状态模式。

模式的结构

UML

状态模式.png

在状态模式结构图中包含如下几个角色：

• Context（环境类）：环境类又称为上下文类，它是拥有多种状态的对象。由于环境类的状态存在多样性且在不同状态下对象的行为有所不同，因此将状态独立出去形成单独的状态类。在环境类中维护一个抽象状态类State的实例，这个实例定义当前状态，在具体实现时，它是一个State子类的对象。
• State（抽象状态类）：它用于定义一个接口以封装与环境类的一个特定状态相关的行为，在抽象状态类中声明了各种不同状态对应的方法，而在其子类中实现类这些方法，由于不同状态下对象的行为可能不同，因此在不同子类中方法的实现可能存在不同，相同的方法可以写在抽象状态类中。
• ConcreteState（具体状态类）：它是抽象状态类的子类，每一个子类实现一个与环境类的一个状态相关的行为，每一个具体状态类对应环境的一个具体状态，不同的具体状态类其行为有所不同。

代码示例

当今社会，论坛贴吧很多，我们也会加入感兴趣的论坛，偶尔进行发言，但有时却会发现不能发帖了，原来是昨天的某个帖子引发了口水战，被举报了。这里就用论坛发帖为例，简单用代码描述一下：

帖子代码示例图.png

假设有三种状态，normal(正常），restricted(受限)，closed(封号)，判断依据是一个健康值（这里只是假设）。

2.1不用状态模式

/* @Time    : 2018/8/10 下午3:16
 **@Author  : panda
 **@Email   : [email protected]
 **@File    : account.go
 **@Software: GoLand
 */
package account

import "fmt"

type AccountState int

const (
   NORMAL     AccountState = iota //正常0
   RESTRICTED                     //受限
   CLOSED                         //封号
)

type Account struct {
   State       AccountState
   HealthValue int
}

func NewAccount(health int) *Account {
   a := &Account{
      HealthValue: health,
   }
   a.changeState()
   return a
}

///看帖
func (a *Account) View() {
   if a.State == NORMAL || a.State == RESTRICTED {
      fmt.Println("正常看帖")
   } else if a.State == CLOSED {
      fmt.Println("账号被封，无法看帖")
   }

}

///评论
func (a *Account) Comment() {
   if a.State == NORMAL || a.State == RESTRICTED {
      fmt.Println("正常评论")
   } else if a.State == CLOSED {
      fmt.Println("抱歉，你的健康值小于-10，不能评论")
   }

}

///发帖
func (a *Account) Post() {
   if a.State == NORMAL {
      fmt.Println("正常发帖")
   } else if a.State == RESTRICTED || a.State == CLOSED {
      fmt.Println("抱歉，你的健康值小于0，不能发帖")
   }
}

func (a *Account) changeState() {
   if a.HealthValue <= -10 {
      a.State = CLOSED
   } else if a.HealthValue > -10 && a.HealthValue <= 0 {
      a.State = RESTRICTED
   } else if a.HealthValue > 0 {
      a.State = NORMAL
   }
}

///给账户设定健康值
func (a *Account) SetHealth(value int) {
   a.HealthValue = value
   a.changeState()
}

上面的代码很简单，能够实现需要的功能，但是却有几个问题：

• 看帖和发帖方法中都包含状态判断语句，以判断在该状态下是否具有该方法以及在特定状态下该方法如何实现，导致代码非常冗长，可维护性较差；
• 系统扩展性较差，如果需要增加一种新的状态，如hot状态（活跃用户，该状态用户发帖积分增加更多），需要对原有代码进行大量修改，扩展起来非常麻烦。

2.2使用状态模式

状态模式可以在一定程度上解决上述问题，在状态模式中将对象在每一个状态下的行为和状态转移语句封装在一个个状态类中，通过这些状态类来分散冗长的条件转移语句，让系统具有更好的灵活性和可扩展性。

/* @Time    : 2018/8/10 下午3:37
 **@Author  : panda
 **@Email   : [email protected]
 **@File    : account.go
 **@Software: GoLand
 */
package saccount

import "fmt"

type Account struct {
   State       ActionState
   HealthValue int
}
func NewAccount(health int) *Account {
   a := &Account{
      HealthValue: health,
   }
   a.changeState()
   return a
}

func (a *Account)View()  {
   a.State.View()
}

func (a *Account)Comment()  {
   a.State.Comment()
}
func (a *Account)Post()  {
   a.State.Post()
}
type ActionState interface {
   View()
   Comment()
   Post()
}

type CloseState struct {

}

func (c *CloseState)View()  {
   fmt.Println("账号被封，无法看帖")
}

func (c *CloseState)Comment()  {
   fmt.Println("抱歉，你的健康值小于-10，不能评论")
}
func (c *CloseState)Post()  {
   fmt.Println("抱歉，你的健康值小于0，不能发帖")
}

type RestrictedState struct {

}
func (r *RestrictedState)View()  {
   fmt.Println("正常看帖")
}

func (r *RestrictedState)Comment()  {
   fmt.Println("正常评论")
}
func (r *RestrictedState)Post()  {
   fmt.Println("抱歉，你的健康值小于0，不能发帖")
}

type NormalState struct {

}
func (n *NormalState)View()  {
   fmt.Println("正常看帖")
}

func (n *NormalState)Comment()  {
   fmt.Println("正常评论")
}
func (n *NormalState)Post()  {
   fmt.Println("正常发帖")
}
func (a *Account) changeState() {
   if a.HealthValue <= -10 {
      a.State = &CloseState{}
   } else if a.HealthValue > -10 && a.HealthValue <= 0 {
      a.State = &RestrictedState{}
   } else if a.HealthValue > 0 {
      a.State = &NormalState{}
   }
}

///给账户设定健康值
func (a *Account) SetHealth(value int) {
   a.HealthValue = value
   a.changeState()
}

优点和缺点

优点

状态模式的主要优点如下：

• 封装了状态的转换规则，在状态模式中可以将状态的转换代码封装在环境类或者具体状态类中，可以对状态转换代码进行集中管理，而不是分散在一个个业务方法中。
• 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，只需要注入一个不同的状态对象即可使环境对象拥有不同的行为。
• 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是提供一个巨大的条件语句块，状态模式可以避免使用庞大的条件语句来将业务方法和状态转换代码交织在一起。
• 可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

缺点

状态模式的主要缺点如下：

• 状态模式的使用必然会增加系统中类和对象的个数，导致系统运行开销增大。
• 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，增加系统设计的难度。
• 状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法转换到新增状态；而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

适用环境

在以下情况下可以使用状态模式：

• 对象的行为依赖于它的状态（属性）并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。
• 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现，会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，使客户类与类库之间的耦合增强。

模式应用

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。

说明一下，这个贴子的示例是我印象中看过一个java的对状态模式的实现，觉得很恰当明了，然后自己用golang实现了一遍，现在只有goalng示例代码，忘记了那篇java的出处了。对那个java的作者表示敬意。