設(shè)計模式之State
板橋里人
http://www.jdon.com 2002/4/6/
模式實戰(zhàn)書籍《Java實用系統(tǒng)開發(fā)指南》
State模式的定義
: 不同的狀態(tài),不同的行為;或者說,每個狀態(tài)有著相應(yīng)的行為.
何時使用
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State模式在實際使用中比較多,適合"狀態(tài)的切換".因為我們經(jīng)常會使用If elseif else 進(jìn)行狀態(tài)切換, 如果針對狀態(tài)的這樣判斷切換反復(fù)出現(xiàn),我們就要聯(lián)想到是否可以采取State模式了.
不只是根據(jù)狀態(tài),也有根據(jù)屬性.如果某個對象的屬性不同,對象的行為就不一樣,這點在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率比較高,我們經(jīng)常會在一個數(shù)據(jù)表的尾部,加上property屬性含義的字段,用以標(biāo)識記錄中一些特殊性質(zhì)的記錄,這種屬性的改變(切換)又是隨時可能發(fā)生的,就有可能要使用State.
是否使用?
在實際使用,類似開關(guān)一樣的狀態(tài)切換是很多的,但有時并不是那么明顯,取決于你的經(jīng)驗和對系統(tǒng)的理解深度.
這里要闡述的是"開關(guān)切換狀態(tài)" 和" 一般的狀態(tài)判斷"是有一些區(qū)別的, " 一般的狀態(tài)判斷"也是有 if..elseif結(jié)構(gòu),例如:
if (which==1) state="hello";
else if (which==2) state="hi";
else if (which==3) state="bye";
這是一個 " 一般的狀態(tài)判斷",state值的不同是根據(jù)which變量來決定的,which和state沒有關(guān)系.如果改成:
if (state.euqals("bye")) state="hello";
else if (state.euqals("hello")) state="hi";
else if (state.euqals("hi")) state="bye";
這就是 "開關(guān)切換狀態(tài)",是將state的狀態(tài)從"hello"切換到"hi",再切換到""bye";在切換到"hello",好象一個旋轉(zhuǎn)開關(guān),這種狀態(tài)改變就可以使用State模式了.
如果單純有上面一種將"hello"-->"hi"-->"bye"-->"hello"這一個方向切換,也不一定需要使用State模式,因為State模式會建立很多子類,復(fù)雜化,但是如果又發(fā)生另外一個行為:將上面的切換方向反過來切換,或者需要任意切換,就需要State了.
請看下例:
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public class Context{
private Color state=null;
public void push(){
//如果當(dāng)前red狀態(tài) 就切換到blue
if (state==Color.red) state=Color.blue;
//如果當(dāng)前blue狀態(tài) 就切換到green
else if (state==Color.blue) state=Color.green;
//如果當(dāng)前black狀態(tài) 就切換到red
else if (state==Color.black) state=Color.red;
//如果當(dāng)前green狀態(tài) 就切換到black
else if (state==Color.green) state=Color.black;
Sample sample=new Sample(state);
sample.operate();
}
public void pull(){
//與push狀態(tài)切換正好相反
if (state==Color.green) state=Color.blue;
else if (state==Color.black) state=Color.green;
else if (state==Color.blue) state=Color.red;
else if (state==Color.red) state=Color.black;
Sample2 sample2=new Sample2(state);
sample2.operate();
}
}
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在上例中,我們有兩個動作push推和pull拉,這兩個開關(guān)動作,改變了Context顏色,至此,我們就需要使用State模式優(yōu)化它.
另外注意:但就上例,state的變化,只是簡單的顏色賦值,這個具體行為是很簡單的,State適合巨大的具體行為,因此在,就本例,實際使用中也不一定非要使用State模式,這會增加子類的數(shù)目,簡單的變復(fù)雜.
例如: 銀行帳戶, 經(jīng)常會在Open 狀態(tài)和Close狀態(tài)間轉(zhuǎn)換.
例如: 經(jīng)典的TcpConnection, Tcp的狀態(tài)有創(chuàng)建 偵聽 關(guān)閉三個,并且反復(fù)轉(zhuǎn)換,其創(chuàng)建 偵聽 關(guān)閉的具體行為不是簡單一兩句就能完成的,適合使用State
例如:信箱POP帳號, 會有四種狀態(tài), start HaveUsername Authorized quit,每個狀態(tài)對應(yīng)的行為應(yīng)該是比較大的.適合使用State
例如:在工具箱挑選不同工具,可以看成在不同工具中切換,適合使用State.如 具體繪圖程序,用戶可以選擇不同工具繪制方框 直線 曲線,這種狀態(tài)切換可以使用State.
如何使用
State需要兩種類型實體參與:
1.state manager 狀態(tài)管理器 ,就是開關(guān) ,如上面例子的Context實際就是一個state manager, 在state manager中有對狀態(tài)的切換動作.
2.用抽象類或接口實現(xiàn)的父類,,不同狀態(tài)就是繼承這個父類的不同子類.
以上面的Context為例.我們要修改它,建立兩個類型的實體.
第一步: 首先建立一個父類:
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public abstract class State{
public abstract void handlepush(Context c);
public abstract void handlepull(Context c);
public abstract void getcolor();
}
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父類中的方法要對應(yīng)state manager中的開關(guān)行為,在state manager中 本例就是Context中,有兩個開關(guān)動作push推和pull拉.那么在狀態(tài)父類中就要有具體處理這兩個動作:handlepush() handlepull(); 同時還需要一個獲取push或pull結(jié)果的方法getcolor()
下面是具體子類的實現(xiàn):
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public class BlueState extends State{
public void handlepush(Context c){
//根據(jù)push方法"如果是blue狀態(tài)的切換到green" ;
c.setState(new GreenState());
}
public void handlepull(Context c){
//根據(jù)pull方法"如果是blue狀態(tài)的切換到red" ;
c.setState(new RedState());
}
public abstract void getcolor(){ return (Color.blue)}
}
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同樣 其他狀態(tài)的子類實現(xiàn)如blue一樣.
第二步: 要重新改寫State manager 也就是本例的Context:
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public class Context{
private Sate state=null; //我們將原來的 Color state 改成了新建的State state;
//setState是用來改變state的狀態(tài) 使用setState實現(xiàn)狀態(tài)的切換
pulic void setState(State state){
this.state=state;
}
public void push(){
//狀態(tài)的切換的細(xì)節(jié)部分,在本例中是顏色的變化,已經(jīng)封裝在子類的handlepush中實現(xiàn),這里無需關(guān)心
state.handlepush(this);
//因為sample要使用state中的一個切換結(jié)果,使用getColor()
Sample sample=new Sample(state.getColor());
sample.operate();
}
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public void pull(){
state.handlepull(this);
Sample2 sample2=new Sample2(state.getColor());
sample2.operate();
}
}
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至此,我們也就實現(xiàn)了State的refactorying過程.
以上只是相當(dāng)簡單的一個實例,在實際應(yīng)用中,handlepush或handelpull的處理是復(fù)雜的.
狀態(tài)模式優(yōu)點：
（1） 封裝轉(zhuǎn)換過程，也就是轉(zhuǎn)換規(guī)則
（2） 枚舉可能的狀態(tài)，因此，需要事先確定狀態(tài)種類。
狀態(tài)模式可以允許客戶端改變狀態(tài)的轉(zhuǎn)換行為，而狀態(tài)機(jī)則是能夠自動改變狀態(tài)，狀態(tài)機(jī)是一個比較獨立的而且復(fù)雜的機(jī)制，具體可參考一個狀態(tài)機(jī)開源項目：http://sourceforge.net/projects/smframework/
狀態(tài)模式在工作流或游戲等各種系統(tǒng)中有大量使用，甚至是這些系統(tǒng)的核心功能設(shè)計，例如政府OA中，一個批文的狀態(tài)有多種：未辦；正在辦理；正在批示；正在審核；已經(jīng)完成等各種狀態(tài)，使用狀態(tài)機(jī)可以封裝這個狀態(tài)的變化規(guī)則，從而達(dá)到擴(kuò)充狀態(tài)時，不必涉及到狀態(tài)的使用者。
在網(wǎng)絡(luò)游戲中，一個游戲活動存在開始；開玩；正在玩；輸贏等各種狀態(tài)，使用狀態(tài)模式就可以實現(xiàn)游戲狀態(tài)的總控，而游戲狀態(tài)決定了游戲的各個方面，使用狀態(tài)模式可以對整個游戲架構(gòu)功能實現(xiàn)起到?jīng)Q定的主導(dǎo)作用。
狀態(tài)模式實質(zhì)：
使用狀態(tài)模式前，客戶端外界需要介入改變狀態(tài)，而狀態(tài)改變的實現(xiàn)是瑣碎或復(fù)雜的。
使用狀態(tài)模式后，客戶端外界可以直接使用事件Event實現(xiàn)，根本不必關(guān)心該事件導(dǎo)致如何狀態(tài)變化，這些是由狀態(tài)機(jī)等內(nèi)部實現(xiàn)。
這是一種Event-condition-State，狀態(tài)模式封裝了condition-State部分。
每個狀態(tài)形成一個子類，每個狀態(tài)只關(guān)心它的下一個可能狀態(tài)，從而無形中形成了狀態(tài)轉(zhuǎn)換的規(guī)則。如果新的狀態(tài)加入，只涉及它的前一個狀態(tài)修改和定義。
狀態(tài)轉(zhuǎn)換有幾個方法實現(xiàn)：一個在每個狀態(tài)實現(xiàn)next()，指定下一個狀態(tài)；還有一種方法，設(shè)定一個StateOwner，在StateOwner設(shè)定stateEnter狀態(tài)進(jìn)入和stateExit狀態(tài)退出行為。
狀態(tài)從一個方面說明了流程，流程是隨時間而改變，狀態(tài)是截取流程某個時間片。
相關(guān)文章：
從工作流狀態(tài)機(jī)實踐中總結(jié)狀態(tài)模式使用心得
參考資源:
the State and Stategy
How to implement state-dependent behavior
The state patterns
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