状态模式（State） Java实现

状态模式

状态模式（State）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改变了它的类一样。

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：

状态模式所涉及到的角色有：

• 环境（Context）角色，也称为上下文：定义客户端所感兴趣的接口，并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。

源代码

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;
    }

    /**
     * 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
     */
    void handle(String sampleParameter);

}

具体状态类

public class ConcreteStateA implements State {
    @Override
    public void handle(String sampleParameter) {
        System.out.println("ConcreteSateA 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，可以动态地改变环境类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。

使用场景

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，而且投票次数超过五次，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，禁止再登陆和使用系统。

要使用状态模式实现，首先需要把投票过程中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

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
     */
    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

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("你有恶意刷票的行为，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，禁止登陆系统
        System.out.println("进入黑名单，将禁止登陆和使用本系统");
    }
}

环境类

public class VoteManager {

    // 持有状态处理对象
    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<>();

    // 记录用户投票次数，Map<String, String>对应Map<用户名称，投票的次数>
    private Map<String, Integer> mapVoteCount = new HashMap<>();

    /**
     * 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. 为该用户增加投票的次数
        // 从记录中去除该用户已有的投票次数
        Integer oldVoteCount = mapVoteCount.getOrDefault(user, 0);

        oldVoteCount++;

        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 < 10; 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，行为大多数可以对应到方法上。

  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
  注意是平行性而不是平等性。所谓平行性指的是各个状态的行为所处的层次是一样的，互相独立的、没有关联的，是根据不同的状态来决定到底走哪一条。行为是不同的，当然对应的实现也是不同的，互相之间是不可替换的。

  

  而平等性强调的是可替换性，大家是统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。

  

• 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）自身当做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。