Java 设计模式 状态模式

Posted 2020-10-12 王景迁

　　在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是这样描述状态（State）模式的：状态模式，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。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

　　状态模式把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。状态模式是在一个对象状态改变时，使其行为随之改变。示意性类图如下：

　　

　　涉及的角色：

　　环境（Context）角色：也称为上下文，定义客户端感兴趣的接口，保留一个具体状态类的实例。该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，用于封装环境（Context）对象的一个特定状态对应的行为。

　　具体状态（ConcreteState）角色：每一个具体状态类都实现了环境（Context）对象的一个状态对应的行为。

　　环境角色类

 1 public class Context {
 2     //持有一个State类型的对象实例
 3     private State state;
 4 
 5     public void setState(State state) {
 6         this.state = state;
 7     }
 8     /**
 9      * 用户感兴趣的接口方法
10      */
11     public void request(String sampleParameter) {
12         //转调state来处理
13         state.handle(sampleParameter);
14     }
15 }

　　抽象状态类

1 public interface State {
2     /**
3      * 状态对应的处理
4      */
5     public void handle(String sampleParameter);
6 }

　　具体状态类

1 public class ConcreteStateA implements State {
2 
3     @Override
4     public void handle(String sampleParameter) {
5         
6         System.out.println("ConcreteStateA handle ：" + sampleParameter);
7     }
8 
9 }

 

1 public class ConcreteStateB implements State {
2 
3     @Override
4     public void handle(String sampleParameter) {
5         
6         System.out.println("ConcreteStateB handle ：" + sampleParameter);
7     }
8 
9 }

 

　　客户端类

 1 public class Client {
 2 
 3     public static void main(String[] args){
 4         //创建状态
 5         State state = new ConcreteStateB();
 6         //创建环境
 7         Context context = new Context();
 8         //将状态设置到环境中
 9         context.setState(state);
10         //请求
11         context.request("test");
12     }
13 }

　　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，使其从指向一个具体状态类变换到指向另一个具体状态类，从而由不同的具体状态类来实现环境类的行为即request方法。

 

　　使用场景

　　一个在线投票系统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，取消该用户投票的资格，同时取消其投票；如果一个用户的投票次数超过8次，列入黑名单，禁止登录和使用该系统。状态模式实现方法：先定义投票过程的4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（相当于Context）对象。结构图如下：

　　

　　抽象状态类

 1 public interface VoteState {
 2     /**
 3      * 处理状态对应的行为
 4      * @param user    投票人
 5      * @param voteItem    投票项
 6      * @param voteManager    投票上下文，用来在实现状态对应的功能处理的时候，
 7      *                         可以回调上下文的数据
 8      */
 9     public void vote(String user,String voteItem,VoteManager voteManager);
10 }

　　具体状态类—正常投票

 1 public class NormalVoteState implements VoteState {
 2 
 3     @Override
 4     public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
 5         //正常投票，记录到投票记录中
 6         voteManager.getMapVote().put(user, voteItem);
 7         System.out.println("恭喜投票成功");
 8     }
 9 
10 }

　　具体状态类—重复投票

1 public class RepeatVoteState implements VoteState {
2 
3     @Override
4     public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
5         //重复投票，暂时不做处理
6         System.out.println("请不要重复投票");
7     }
8 
9 }

　　具体状态类—恶意刷票

 1 public class SpiteVoteState implements VoteState {
 2 
 3     @Override
 4     public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
 5         // 恶意投票，取消用户的投票资格，并取消投票记录
 6         String str = voteManager.getMapVote().get(user);
 7         if(str != null){
 8             voteManager.getMapVote().remove(user);
 9         }
10         System.out.println("你有恶意刷屏行为，取消投票资格");
11     }
12 
13 }

　　具体状态类—黑名单

1 public class BlackVoteState implements VoteState {
2 
3     @Override
4     public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
5         //记录黑名单中，禁止登录系统
6         System.out.println("进入黑名单，将禁止登录和使用本系统");
7     }
8 
9 }

　　环境类

 1 public class VoteManager {
 2     //持有状体处理对象
 3     private VoteState state = null;
 4     //记录用户投票的结果，Map<String,String>对应Map<用户名称，投票的选项>
 5     private Map<String,String> mapVote = new HashMap<String,String>();
 6     //记录用户投票次数，Map<String,Integer>对应Map<用户名称，投票的次数>
 7     private Map<String,Integer> mapVoteCount = new HashMap<String,Integer>();
 8     /**
 9      * 获取用户投票结果的Map
10      */
11     public Map<String, String> getMapVote() {
12         return mapVote;
13     }
14     /**
15      * 投票
16      * @param user    投票人
17      * @param voteItem    投票的选项
18      */
19     public void vote(String user,String voteItem){
20         //1.为该用户增加投票次数
21         //从记录中取出该用户已有的投票次数
22         Integer oldVoteCount = mapVoteCount.get(user);
23         if(oldVoteCount == null){
24             oldVoteCount = 0;
25         }
26         oldVoteCount += 1;
27         mapVoteCount.put(user, oldVoteCount);
28         //2.判断该用户的投票类型，就相当于判断对应的状态
29         //到底是正常投票、重复投票、恶意投票还是上黑名单的状态
30         if(oldVoteCount == 1){
31             state = new NormalVoteState();
32         }
33         else if(oldVoteCount > 1 && oldVoteCount < 5){
34             state = new RepeatVoteState();
35         }
36         else if(oldVoteCount >= 5 && oldVoteCount <8){
37             state = new SpiteVoteState();
38         }
39         else if(oldVoteCount > 8){
40             state = new BlackVoteState();
41         }
42         //然后转调状态对象来进行相应的操作
43         state.vote(user, voteItem, this);
44     }
45 }

　　客户端类

 1 public class Client {
 2 
 3     public static void main(String[] args) {
 4         
 5         VoteManager vm = new VoteManager();
 6         for(int i=0;i<9;i++){
 7             vm.vote("u1","A");
 8         }
 9     }
10 
11 }

　　结果：

　　

　　状态的转换是内部行为。投票者的操作始终是投票，而投票管理对象根据投票者的投票次数来判断状态，然后根据状态进行处理。

 

　　深入理解状态模式

　　状态和行为

　　对象的状态指对象的属性值，行为指对象的方法。状态模式分离了状态和行为，状态决定行为。状态在运行时被改变后行为也随之改变。

　　行为的平行性

　　平行性指各个状态对应的行为所处的层次一样，相互独立、没有关联。

　　

　　而平等性强调的是可替换性，存在同一行为的不同实现。在同一个行为发生时，可以根据条件选择实现方式。

　　

　　虽然状态模式的结构和策略模式一样，但是两者本质上是不同的。状态模式的行为具有平行性，不可相互替换；策略模式的行为具有平等性，可以相互替换。

　　环境和状态处理类

　　状态模式中的环境（Context）是持有状态的对象，由状态处理类来处理状态。把环境（Context）作为参数传递给状态处理类。客户端用状态对象来配置环境（Context）。

 

　　参考资料

　　《JAVA与模式》之状态模式