【设计模式】状态模式

文章目录

  • 1.状态模式定义
  • 2.状态模式的角色
  • 3.状态模式实战案例
    • 3.1.场景说明
    • 3.2.结构类图
    • 3.3.代码实现
  • 4.状态模式优缺点
  • 5.状态模式适用场景
  • 6.状态模式总结

【设计模式】状态模式_第1张图片

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1.状态模式定义

       状态模式(State Pattern),又称状态对象模式(Pattern of Objects for States),状态模式是对象的行为模式。其定义如下:

Allow an object to alter its behavior when its internal state changes. The object will appear to change its class.

       即:当一个对象内在状态改变时允许改变行为,这个对象看起来像改变了其类型。
       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。
       其通用类图如下:
【设计模式】状态模式_第2张图片

2.状态模式的角色

状态模式所涉及到的角色有:

  • 环境(Context)角色:
    也成上下文:定义客户端所感兴趣的接口,并且保留一个具体状态类的实例。这个具体状态类的实例给出此环境对象的现有状态。
  • 抽象状态(State)角色:
    定义一个接口,用以封装环境(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环境(Context)的一个状态所对应的行为。

3.状态模式实战案例

3.1.场景说明

       考虑一个在线投票系统的应用,要实现控制同一个用户只能投一票,如果一个用户反复投票,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。
       要使用状态模式实现,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、反复投票、恶意刷票、进入黑名单。然后创建一个投票管理对象(相当于Context)。

3.2.结构类图

       使用状态模式来实现的结构图如下所示::
【设计模式】状态模式_第3张图片

3.3.代码实现

抽象状态类

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);
}

具体状态类——正常投票

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("恭喜投票成功");
    }

}

具体状态类——重复投票

public class RepeatVoteState implements VoteState {

    @Override
    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
        //重复投票,暂时不做处理
        System.out.println("请不要重复投票");
    }

}

具体状态类——恶意刷票

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");
    }

}

具体状态类——黑名单

public class BlackVoteState implements VoteState {

    @Override
    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
        //记录黑名单中,禁止登录系统
        System.out.println("进入黑名单,将禁止登录和使用本系统");
    }

}

环境类

public class VoteManager {
    //持有状体处理对象
    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<String,String> mapVote = new HashMap<String,String>();
    //记录用户投票次数,Map对应Map<用户名称,投票的次数>
    private Map<String,Integer> mapVoteCount = new HashMap<String,Integer>();
    /**
     * 获取用户投票结果的Map
     */
    public Map<String, String> 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();
        }
        //然后转调状态对象来进行相应的操作
        state.vote(user, voteItem, this);
    }
}

客户端类

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        
        VoteManager vm = new VoteManager();
        for(int i=0;i<9;i++){
            vm.vote("u1","A");
        }
    }

}

4.状态模式优缺点

状态模式的优点主要包括:

  • 对状态转换规则进行了封装,使得状态转换逻辑与状态对象合为一体,简化了客户端代码。
  • 扩展性好,方便新增状态,只需要改变对象状态就可以实现改变对象行为。
  • 代码简洁,易于维护,每个状态类对应一个状态,结构清晰。

状态模式的缺点主要包括:

  • 会增加系统中类或对象的个数。
  • 结构与实现比较复杂,如果使用不当会导致程序结构和代码混乱。
  • 对开闭原则的支持不够,每次增加新的状态类都需要修改原有代码。

5.状态模式适用场景

状态模式适用于以下场景:

  1. 一个对象的行为取决于它的状态,并且它必须在运行时根据状态改变它的行为。例如,一个游戏中的角色,其行为取决于它当前的状态(如健康状态、攻击状态等)。
  2. 系统中存在多个状态,且状态之间需要转换。例如,一个订单的状态可以从“待付款”转换为“已付款”,再转换为“已发货”等。

在这些场景下,使用状态模式可以帮助我们将对象的行为与状态分离,使得代码更加清晰、易于维护。同时,状态模式也使得状态的转换逻辑更加明确,便于扩展和维护。

6.状态模式总结

     状态模式是一种行为设计模式,它允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。通过将对象的状态和相关行为封装在对应的状态类中,状态模式使得代码更加清晰、易于维护。同时,状态模式也使得状态的转换逻辑更加明确,便于扩展和维护。在使用状态模式时,需要注意避免增加过多类或对象导致代码混乱,以及对开闭原则的支持问题。

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