java设计模式-状态模式(State)

时间:2021-6-4 作者:qvyue

定义

状态模式,又称为状态对象模式(Pattern of Object for States),状态模式是对象的行为模式。

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。

状态模式的结构

用一句话来表述,状态模式把所研究的对象的行为包装在不同的状态对象里,每一个状态对象都属于一个抽象状态类的一个子类。状态模式的意图是让一个对象在其内部状态改变的时候,其行为也随之改变。状态模式的示意性类图如下所示:

java设计模式-状态模式(State)
状态模式的示意性类图

状态模式所涉及到的角色有:

  • 环境角色(Context):也称上下文角色,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。
  • 抽象状态角色(State):定义一个接口,用以封装环境对象(Context)的一个特定的状态所对应的行为。
  • 具体状态角色(ConcreteState):每一个具体状态类都实现了环境对象(Context)的一个状态所对应的行为。

示例代码

抽象状态类

public interface State {
    /**
     * 状态对应的处理
     * @param simpleParameter
     */
    public void handle(String simpleParameter);
}

环境角色类

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;
    }

    /**
     * 用户感兴趣的接口方法
     * @param simpleParameter
     */
    public void request(String simpleParameter) {
        //转调State进行处理
        state.handle(simpleParameter);
    }
}

具体状态类

public class ConcreteStateA implements State {
    @Override
    public void handle(String simpleParameter) {
        System.out.print("ConcreteStateA handle : " + simpleParameter);
    }
}
public class ConcreteStateB implements State {
    @Override
    public void handle(String simpleParameter) {
        System.out.print("ConcreteStateB handle : " + simpleParameter);
    }
}

客户端类

public class Client {
    public static void main(String[] args){
        //创建状态
        State state = new ConcreteStateA();
        //创建环境
        Context context = new Context();
        //将状态设置到环境中
        context.setState(state);
        //请求
        context.request("test");
    }
}

从上面可以看出,环境类Context的行为request()是委派给某一个具体状态类的。通过使用多态性原则,可以动态改变环境类Context的属性State的内容,使其从指向一个具体状态类变换指向到另一个具体状态类,从而使环境类的行为request()由不同的具体状态类来执行

使用场景

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,如果一个用户反复投票,且投票次数超过5次,则判定为恶意刷票,要取消该用户的投票的资格,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,则将进入黑名单,禁止再次登录和使用系统。

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)。

系统的结构图如下所示:

java设计模式-状态模式(State)
在线投票系统结构图

示例代码

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 NomalVoteState 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,并且取消用户的投票
        String str = voteManager.getMapVote().get(user);
        if (str != null) {
            voteManager.getMapVote().remove(user);
        }
        System.out.println("你有恶意刷票行为,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) {
        //记入黑名单,禁止登录系统
        System.out.println("记入黑名单,将禁止登录和使用本系统!!!");
    }
}

环境类

public class VoteManager {
    //持有状态处理对象
    private VoteState state;
    //记录用户投票的结果,Map对应Map
    private Map mapVote = new HashMap();
    //记录用户投票次数,Map对应Map
    private Map mapVoteCount = new HashMap();

    /**
     * 获取用户投票结果的map
     * @return 返回投票结果Map
     */
    public Map getMapVote() {
        return mapVote;
    }

    /**
     * 投票
     * @param user 投票人
     * @param voteItem 投票选项
     */
    public void vote(String user, String voteItem) {
        //1. 为该用户增加投票次数
        //获取用户当前的投票次数,如果没有,则默认为0
        Integer oldVoteCount = mapVoteCount.get(user);
        if (oldVoteCount == null) {
            oldVoteCount = 0;
        }
        //增加并更新投票次数
        oldVoteCount += 1;
        mapVoteCount.put(user, oldVoteCount);

        //2.判断用户的投票类型,也就是判断状态
        //判断是正常投票、重复投票、恶意投票还是已经记录黑名单的状态
        if (oldVoteCount == 1) {
            state = new NomalVoteState();
        } else if (oldVoteCount > 1 && oldVoteCount = 5 && oldVoteCount  0){
            state = new BlackVoteState();
        }
        //然后转掉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 manager = new VoteManager();
        for (int i = 0; i 

执行结果如下

恭喜投票成功!
请不要重复投票!!!
请不要重复投票!!!
请不要重复投票!!!
你有恶意刷票行为,取消投票资格!!!
你有恶意刷票行为,取消投票资格!!!
你有恶意刷票行为,取消投票资格!!!
记入黑名单,将禁止登录和使用本系统!!!
记入黑名单,将禁止登录和使用本系统!!!

从上面的示例可以看出,状态的转换基本上都是内部行为,主要在状态模式内部来维护。比如对于投票的人员,任何时候他的操作都是投票,但是投票管理对象的处理却不一定一样,会根据投票的次数来判断状态,然后根据状态去选择不同的处理。

认识状态模式

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,在具体一点说,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,他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。

行为的平行性

注意是平行性而不是平等性。所谓平行性指的是各种状态的行为所处的层次是一样的、相互独立的、没有关联的。运行中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。

java设计模式-状态模式(State)
状态的平行性示意图

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。

java设计模式-状态模式(State)
平等性示意图

由此大家可以发现状态模式的结构和策略模式的结构完全一样,但是,她们的目的、实现
、本质确是完全不一样的。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。

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Context自身并不处理跟状态相关的行为,而是把处理状态的功能委托给了相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Context自身的数据,甚至在必要的时候会回调 环境Context的方法。因此,通常将环境Context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Context交互。客户端可以用状态对象来配置一个环境Context,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种具体的状态处理对象。

参考

《JAVA与模式》之状态模式

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