设计模式(20)--State(状态模式)--行为型

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1.模式定义:

　　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。

2.模式特点:

　　状态模式的主要优点在于封装了转换规则，并枚举可能的状态，它将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为，还可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数；其缺点在于使用状态模式会增加系统类和对象的个数，且状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱，对于可以切换状态的状态模式不满足“开闭原则”的要求。

3.使用场景:

　　(1) 一个对象的行为取决于它的状态, 并且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为。

　　(2) 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句:一个操作中含有庞大的多分支的条件（if else(或switch case)语句，且这些分支依赖于该对象的状态。这个状态通常用一个或多个枚举常量表示。通常 , 有多个操作包含这一相同的条件结构。 State模式将每一个条件分支放入一个独立的类中。这使得你可以根据对象自身的情况将对象的状态作为一个对象，这一对象可以不依赖于其他对象而独立变化。

　　(3)行为随状态改变而改变的场景。可以使用状态模式，来把状态和行为分离开，虽然分离开了，但状态和行为是有对应关系的，可以在运行期间，通过改变状态，就能够调用到该状态对应的状态处理对象上去，从而改变对象的行为。

　　(4)代码含有庞大的switch语句或者if判断语句，而且这些分支依赖于该对象的状态。可以使用状态模式，把各个分支的处理分散包装到单独的对象处理类里面，这样，这些分支对应的对象就可以不依赖于其它对象而独立变化了。

4.模式实现:

　　　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：

状态模式所涉及到的角色有：

　　　(1)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。

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
     */
    public void request(String sampleParameter) {
        //转调state来处理
        state.handle(sampleParameter);
    }
}

　　 (2)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。

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

　　(3)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。

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);
    }
}　

　　   (4)客户端类

public class Client {
    public static void main(String[] args){
        //创建状态
        State state = new ConcreteStateB();
        //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到指向另一个具体状态类，从而使环境类的行为request()由不同的具体状态类来执行。

应用实例

　　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）。

　　系统的结构图如下所示：

　　

源代码

　　　　[1]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);
}

　　　　[2]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");
    }
}

　　　　[3]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");
    }
}

　　　　[4]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");
    }
}

　　　　[5]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");
    }
}

　　　　[6]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<String,String>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<String,Integer>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);
    }
}

　　　　[7]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");
        }
    }
}

运行结果如下：

　　　　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

　　[1]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，再具体点说，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，它们的关系可以描述为：状态决定行为。

　　　　由于状态是在运行期被改变的，因此行为也会在运行期根据状态的改变而改变。

　　[2]行为的平行性

　　　　注意平行线而不是平等性。所谓平行性指的是各个状态的行为所处的层次是一样的，相互独立的、没有关联的，是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。

　　

　　　　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。

　　　　大家可能会发现状态模式的结构和策略模式的结构完全一样，但是，它们的目的、实现、本质却是完全不一样的。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。

　　[2]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状态对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个具体的状态处理对象。

5.优缺点:

　　(1)状态模式的优点

　　[1]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，提供系统的可维护性。

　　[2]遵循设计原则：很好地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。

　　[3]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。

　    [4]状态模式将与特定状态相关的行为局部化，并且将不同状态的行为分割开来。

　　[5] 所有状态相关的代码都存在于某个ConcereteState中，所以通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

　　[6]状态模式通过把各种状态转移逻辑分不到State的子类之间，来减少相互间的依赖。

　　(2)状态模式的缺点

　　　　[1]如果完全使用状态模式就会有太多的子类,也就是类膨胀,不好管理。

　　　　[2]导致较多的ConcreteState子类