状态模式(State Pattern)。

定义

当一个对象内在状态改变时允许其改变行为,这个对象看起来像改变了其类。

状态模式的核心是封装,状态的变更引起了行为的变更,从外部看起来就好像这个对象对应的类发生了改变一样。

我们先来看看状态模式中的3个角色。

  • State——抽象状态角色

接口或抽象类,负责对象状态定义,并且封装环境以实现状态切换。

  • ConcreteState——具体状态角色

每一个具体状态必须完成两个职责:本状态的行为管理以及趋向状态处理,通俗的说,就是本状态下要做的事情,以及本状态如何过渡到其他状态。

  • Context——环境角色

定义客户端需要的接口,并且负责具体状态的切换。

状态模式相对来说比较复杂,他提供了一种对物质运动的另一个观察视角,通过状态变更促使行为的变化,就类似水的状态变更一样,一碗水的初始状态是液态,通过加热转变为气态,状态的改变同时也引起体积的扩大,然后就产生了一个新的行为:鸣笛或顶起壶盖,瓦特就是这么发明蒸汽机的。

通用源码

我们再来看看状态模式的通用源码,首先来看抽象环境角色,如下所示。

public abstract class State {
	// 定义一个环境角色,提供子类访问
	protected Context context;

	/**
	 * 设置环境角色
	 * 
	 * @param context
	 */
	public void setContext(Context context) {
		this.context = context;
	}

	/**
	 * 行为1
	 */
	public abstract void handle1();

	/**
	 * 行为2
	 */
	public abstract void handle2();
}

抽象环境中声明一个环境角色,提供各个状态类自行访问,并且提供所有状态的抽象行为,由各个实现类实现。具体环境角色如下所示。

public class ConcreteState1 extends State {

	@Override
	public void handle1() {
		// 本状态下必须处理的逻辑
	}

	@Override
	public void handle2() {
		// 设置当前状态为state2
		super.context.setCurrentState(Context.STATE2);
		// 过滤到state2状态,由Context实现
		super.context.handle2();
	}

}
public class ConcreteState2 extends State {

	@Override
	public void handle1() {
		// 设置当前状态为state1
		super.context.setCurrentState(Context.STATE1);
		// 过滤到state1状态,由Context实现
		super.context.handle1();
	}

	@Override
	public void handle2() {
		// 本状态下必须处理的逻辑
	}

}

具体环境角色有两个职责:处理本状态必须完成的任务,决定是否可以过渡到其他状态。我们再来看环境角色,如下所示。

public class Context {
	// 定义状态
	public final static State STATE1 = new ConcreteState1();
	public final static State STATE2 = new ConcreteState2();
	// 当前状态
	private State CurrentState;

	public State getCurrentState() {
		return CurrentState;
	}

	public void setCurrentState(State currentState) {
		CurrentState = currentState;
		// 切换状态
		this.CurrentState.setContext(this);
	}

	/**
	 * 行为委托
	 */
	public void handle1() {
		this.CurrentState.handle1();
	}

	/**
	 * 行为委托
	 */
	public void handle2() {
		this.CurrentState.handle2();
	}
}

环境角色有两个不成文的约束:

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  • 把状态对象声明为静态常量,有几个状态对象就声明几个静态常量。
  • 环境角色具有状态抽象角色定义的所有行为,具体执行使用委托方式。

我们再来看场景类如何执行,如下所示。

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		// 定义环境角色
		Context context = new Context();
		// 初始化状态
		context.setCurrentState(new ConcreteState1());
		// 行为执行
		context.handle1();
		context.handle2();
	}
}

我们已经隐藏了状态的变化过程,他的切换引起了行为的变化。对外来说,我们只看到行为的发生改变,而不用知道是状态变化引起的。

优点

  • 结构清晰

避免了过多的switch...case或者if...else语句的使用,避免了程序的复杂性,提高系统的可维护性。

  • 遵循设计原则

很好的体现了开闭原则和单一职责原则,每个状态都是一个子类,你要增加状态就要增加子类,你要修改状态,你只修改一个子类就可以了。

  • 封装性非常好

这也是状态模式的基本要求,状态变换放置到类的内部来实现,外部的调用不用知道类内部如何实现状态和行为的变换。

缺点

只有一个缺点,子类会太多,也就是类膨胀。如果一个事物有很多个状态也不稀奇,如果完全使用状态模式就会有太多的子类,不好管理,这个需要大家在项目中自己衡量。其实有很多方式可以解决这个状态问题,如在数据库中建立一个状态表,然后根据状态执行相应的操作,这个也不复杂,看大家的习惯和嗜好了。

使用场景

  • 行为随状态改变而改变的场景

这也是状态模式的根本出发点,例如权限设计,人员的状态不同即使执行相同的行为结果也会不同,在这种情况下需要考虑使用状态模式。

  • 条件、分支判断语句的替代者

在程序中大量使用switch语句或者if判断语句会导致程序结构不清晰,逻辑混乱,使用状态模式可以很好的避免这一问题,他通过扩展子类实现了条件的判断处理。

注意事项

状态模式适用于当某个对象在他的状态发生改变时,他的行为也随着发生比较大的变化,也就是说在行为受状态约束的情况下可以使用状态模式,而且使用时对象的状态最好不要超过5个。

最佳实践

状态间的自由切换,那会有很多种,你要挨个牢记一遍吗?比如电梯的例子,我要一个正常的电梯运行逻辑,规则是开门→关门→运行→停止;还要一个紧急状态(如火灾)下的运行逻辑,关门→停止,紧急状态时,电梯当然不能用了;再要一个维修状态下的运行逻辑,这个状态任何情况都可以,开着门电梯运行?可以!门来回关?可以!永久停止不动?可以!那这怎么实现呢?需要我们把已经有的几种状态按照一定的顺序再重新组装一下,那这个是什么模式?建造者模式,对建造模式+状态模式会起打非常好的封装作用。

更进一步,应该有做过工作流开发,如果不是土制框架,那么就应该有个状态机管理(即使是土制框架也应该有),如一个Activity(节点)有初始化状态(Initialized State)、挂起状态(Suspended State)、完成状态(Completed State)等,流程实例也有这么多状态,那这些状态怎么管理呢?通过状态机(State Machine)来管理,那状态机是什么东西呢?就是我们上面提到的Context类的升级变态BOSS!

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