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Java设计模式之java状态模式详解

2024-04-02 19:04:59 3339人浏览 泡泡鱼

Python 官方文档:入门教程 => 点击学习

摘要

目录状态模式的结构状态模式的角色 示例代码适用场景投票案例认识状态模式状态和行为行为的平行性环境和状态处理对象状态模式优点状态模式的缺点状态模式和策略模式对比参考文章 总结

状态模式的结构

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:

在这里插入图片描述

状态模式的角色

  •  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。
  •  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。
  •  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。

 示例代码

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

抽象状态类


public interface State {
    
    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");
    }
}

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。

适用场景

(1)对象的行为依赖于它的状态,并且可以在运行时根据状态改变行为。

(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。

投票案例

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:

在这里插入图片描述

抽象状态类


//抽象状态类
public interface VoteState
{
    
    public void vote(String user,String voteItem,VoteManager voteManager);
}

具体状态类——正常投票


//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


//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—恶意投票


//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


//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


//环境类
public class VoteManager
{
    //维护一个抽象状态对象
    private VoteState state;
    //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>();
    
    public Map<String, String> getMapVote() {
        return mapVote;
    }
    
    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);
    }
}

客户端测试


public class Client
{
    public static void main(String[] args) {

        VoteManager vm = new VoteManager();
        for(int i=0;i<9;i++){
            vm.vote("u1","A");
        }
    }
}

在这里插入图片描述

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

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。

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。

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

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。

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。

状态模式优点

  •  每个状态都是一个子类,只要增加状态就要增加子类,修改状态,只修改一个子类即可。
  •  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,提高可维护性。
  •  State对象可被共享如果State对象没有实例变量—即它们表示的状态完全以它们的类型来编码—那么各Context对象可以共享一个State对象。当状态以这种方式被共享时,它们必然是没有内部状态, 只有行为的轻量级对象。

状态模式的缺点

  •  状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
  •  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。

状态模式和策略模式对比

相同之处:

  •  在状态模式和策略模式中,Context对象对修改是关闭的,添加新的状态或策略,都不需要修改Context。
  •  正如状态模式中的Context会有初始状态一样,策略模式同样有默认策略。
  •  状态模式以不同的状态封装不同的行为,而策略模式以不同的策略封装不同的行为。
  •  它们都依赖子类去实现相关行为

不同之处:

最根本的差异在于策略模式是在求解同一个问题的多种解法,这些不同解法之间毫无关联;状态模式则不同,状态模式要求各个状态之间有所关联,以便实现状态转移。

参考文章

《JAVA与模式》之状态模式

总结

本篇文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注编程网的更多内容!

--结束END--

本文标题: Java设计模式之java状态模式详解

本文链接: https://www.lsjlt.com/news/135715.html(转载时请注明来源链接)

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