java學習筆記_狀態模式

在閻宏博士的《JAVA與模式》一書中開頭是這樣描述狀態（State）模式的：

　　狀態模式，又稱狀態對象模式（Pattern of Objects for States），狀態模式是對象的行爲模式。

　　狀態模式允許一個對象在其內部狀態改變的時候改變其行爲。這個對象看上去就像是改變了它的類一樣。

狀態模式的結構

　　用一句話來表述，狀態模式把所研究的對象的行爲包裝在不同的狀態對象裏，每一個狀態對象都屬於一個抽象狀態類的一個子類。狀態模式的意圖是讓一個對象在其內部狀態改變的時候，其行爲也隨之改變。狀態模式的示意性類圖如下所示：

　　狀態模式所涉及到的角色有：

　　●　　環境(Context)角色，也成上下文：定義客戶端所感興趣的接口，並且保留一個具體狀態類的實例。這個具體狀態類的實例給出此環境對象的現有狀態。

　　●　　抽象狀態(State)角色：定義一個接口，用以封裝環境（Context）對象的一個特定的狀態所對應的行爲。

　　●　　具體狀態(ConcreteState)角色：每一個具體狀態類都實現了環境（Context）的一個狀態所對應的行爲。

　　源代碼

　　環境角色類

public class Context {
    //持有一個State類型的對象實例
    private State state;

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }
    /**
     * 用戶感興趣的接口方法
     */
    public void request(String sampleParameter) {
        //轉調state來處理
        state.handle(sampleParameter);
    }
}

　　抽象狀態類

public interface State {
    /**
     * 狀態對應的處理
     */
    public void handle(String sampleParameter);
}

　　具體狀態類

public class ConcreteStateA implements State {

    @Override
    public void handle(String sampleParameter) {
        
        System.out.println("ConcreteStateA handle ：" + sampleParameter);
    }

}

public class ConcreteStateB implements State {

    @Override
    public void handle(String sampleParameter) {
        
        System.out.println("ConcreteStateB handle ：" + sampleParameter);
    }

}

　　客戶端類

public class Client {

    public static void main(String[] args){
        //創建狀態
        State state = new ConcreteStateB();
        //創建環境
        Context context = new Context();
        //將狀態設置到環境中
        context.setState(state);
        //請求
        context.request("test");
    }
}

　　從上面可以看出，環境類Context的行爲request()是委派給某一個具體狀態類的。通過使用多態性原則，可以動態改變環境類Context的屬性State的內容，使其從指向一個具體狀態類變換到指向另一個具體狀態類，從而使環境類的行爲request()由不同的具體狀態類來執行。

使用場景

　　考慮一個在線投票系統的應用，要實現控制同一個用戶只能投一票，如果一個用戶反覆投票，而且投票次數超過5次，則判定爲惡意刷票，要取消該用戶投票的資格，當然同時也要取消他所投的票；如果一個用戶的投票次數超過8次，將進入黑名單，禁止再登錄和使用系統。

　　要使用狀態模式實現，首先需要把投票過程的各種狀態定義出來，根據以上描述大致分爲四種狀態：正常投票、反覆投票、惡意刷票、進入黑名單。然後創建一個投票管理對象（相當於Context）。

　　系統的結構圖如下所示：

　　

　　源代碼

　　抽象狀態類

public interface VoteState {
    /**
     * 處理狀態對應的行爲
     * @param user    投票人
     * @param voteItem    投票項
     * @param voteManager    投票上下文，用來在實現狀態對應的功能處理的時候，
     *                         可以回調上下文的數據
     */
    public void vote(String user,String voteItem,VoteManager voteManager);
}

　　具體狀態類——正常投票

public class NormalVoteState implements VoteState {

    @Override
    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
        //正常投票，記錄到投票記錄中
        voteManager.getMapVote().put(user, voteItem);
        System.out.println("恭喜投票成功");
    }

}

　　具體狀態類——重複投票

public class RepeatVoteState implements VoteState {

    @Override
    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
        //重複投票，暫時不做處理
        System.out.println("請不要重複投票");
    }

}

　　具體狀態類——惡意刷票

public class SpiteVoteState implements VoteState {

    @Override
    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
        // 惡意投票，取消用戶的投票資格，並取消投票記錄
        String str = voteManager.getMapVote().get(user);
        if(str != null){
            voteManager.getMapVote().remove(user);
        }
        System.out.println("你有惡意刷屏行爲，取消投票資格");
    }

}

　　具體狀態類——黑名單

public class BlackVoteState implements VoteState {

    @Override
    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {
        //記錄黑名單中，禁止登錄系統
        System.out.println("進入黑名單，將禁止登錄和使用本系統");
    }

}

　　環境類

public class VoteManager {
    //持有狀體處理對象
    private VoteState state = null;
    //記錄用戶投票的結果，Map<String,String>對應Map<用戶名稱，投票的選項>
    private Map<String,String> mapVote = new HashMap<String,String>();
    //記錄用戶投票次數，Map<String,Integer>對應Map<用戶名稱，投票的次數>
    private Map<String,Integer> mapVoteCount = new HashMap<String,Integer>();
    /**
     * 獲取用戶投票結果的Map
     */
    public Map<String, String> getMapVote() {
        return mapVote;
    }
    /**
     * 投票
     * @param user    投票人
     * @param voteItem    投票的選項
     */
    public void vote(String user,String voteItem){
        //1.爲該用戶增加投票次數
        //從記錄中取出該用戶已有的投票次數
        Integer oldVoteCount = mapVoteCount.get(user);
        if(oldVoteCount == null){
            oldVoteCount = 0;
        }
        oldVoteCount += 1;
        mapVoteCount.put(user, oldVoteCount);
        //2.判斷該用戶的投票類型，就相當於判斷對應的狀態
        //到底是正常投票、重複投票、惡意投票還是上黑名單的狀態
        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();
        }
        //然後轉調狀態對象來進行相應的操作
        state.vote(user, voteItem, this);
    }
}

　　客戶端類

public class Client {

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

}

　　運行結果如下：

　　從上面的示例可以看出，狀態的轉換基本上都是內部行爲，主要在狀態模式內部來維護。比如對於投票的人員，任何時候他的操作都是投票，但是投票管理對象的處理卻不一定一樣，會根據投票的次數來判斷狀態，然後根據狀態去選擇不同的處理。

認識狀態模式

　　●　　狀態和行爲

　　所謂對象的狀態，通常指的就是對象實例的屬性的值；而行爲指的就是對象的功能，再具體點說，行爲大多可以對應到方法上。

　　狀態模式的功能就是分離狀態的行爲，通過維護狀態的變化，來調用不同狀態對應的不同功能。也就是說，狀態和行爲是相關聯的，它們的關係可以描述爲：狀態決定行爲。

　　由於狀態是在運行期被改變的，因此行爲也會在運行期根據狀態的改變而改變。

　　●　　行爲的平行性

　　注意平行線而不是平等性。所謂平行性指的是各個狀態的行爲所處的層次是一樣的，相互獨立的、沒有關聯的，是根據不同的狀態來決定到底走平行線的哪一條。行爲是不同的，當然對應的實現也是不同的，相互之間是不可替換的。

　　

　　而平等性強調的是可替換性，大家是同一行爲的不同描述或實現，因此在同一個行爲發生的時候，可以根據條件挑選任意一個實現來進行相應的處理。

　　

　　大家可能會發現狀態模式的結構和策略模式的結構完全一樣，但是，它們的目的、實現、本質卻是完全不一樣的。還有行爲之間的特性也是狀態模式和策略模式一個很重要的區別，狀態模式的行爲是平行性的，不可相互替換的；而策略模式的行爲是平等性的，是可以相互替換的。

　　● 　　環境和狀態處理對象

　　在狀態模式中，環境(Context)是持有狀態的對象，但是環境(Context)自身並不處理跟狀態相關的行爲，而是把處理狀態的功能委託給了狀態對應的狀態處理類來處理。

　　在具體的狀態處理類中經常需要獲取環境(Context)自身的數據，甚至在必要的時候會回調環境(Context)的方法，因此，通常將環境(Context)自身當作一個參數傳遞給具體的狀態處理類。

　　客戶端一般只和環境(Context)交互。客戶端可以用狀態對象來配置一個環境(Context)，一旦配置完畢，就不再需要和狀態對象打交道了。客戶端通常不負責運行期間狀態的維護，也不負責決定後續到底使用哪一個具體的狀態處理對象。