Java 状态模式

  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:

  Java 状态模式

  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

 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);
}
}

  抽象状态类

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

  具体状态类

 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");
}
}

  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:

  Java 状态模式

  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);
}

  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");
} }

  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");
} }

  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");
} }

  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);
}
}

  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");
}
} }

  结果:

  Java 状态模式

  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。

  Java 状态模式

  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。

  Java 状态模式

  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

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