状态模式和备忘录模式

本文深入探讨了状态模式和备忘录模式的概念、结构及应用实例。状态模式通过封装对象的不同状态来实现行为变化,备忘录模式则在不破坏封装性的前提下,实现了对象状态的保存和恢复,两者结合可在复杂系统中有效管理对象状态。

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1 状态模式(State)

状态模式把对象的行为包装在不同的状态对象里,每一个状态对象都是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。和状态模式较相似的操作就是if…else if…else语句,同样都代表了不同条件下的对象行为,但是当条件较多时,或者状态改变较为复杂时,使用状态模式是更好的选择。

1.1 状态模式的结构

状态模式所涉及到的类包括三种

  • Context;客户端中使用某一具体状态的实例。
  • State;状态接口,定义每个状态所使用的方法。
  • ConcreteState;具体状态类,每一个具体状态类都是状态接口的实例类,在客户端中被调用。

结构图如下:
在这里插入图片描述

1.2 实例

介绍一个状态模式的实例。使用的背景是航班项的状态,包括未分配、已分配、运行中、已结束、已取消这五种状态,每种状态之间可以互相转换,当航班项位于某一状态时,可以调用具体的方法输出当前状态信息。
首先创建State接口,由于共有五个状态,但由于未分配状态无法由其他状态转换得到,所以只需要在接口中定义四个方法。

public interface EntryState {

	/**
	 * 已分配资源
	 */
	public EntryState allocted();
	/**
	 * 启动状态
	 */
	public EntryState run();
	/**
	 * 取消状态
	 */
	public EntryState cancel();
	/**
	 * 结束状态
	 */
	public EntryState ended();
	/**
	 * 返回状态
	 */
	public String tostring();
}

接下来创建五个接口的实现类.
在这里插入图片描述
以分配(Alloct)状态为例。其中对于无法转换的状态做了异常处理。

public class Alloct implements EntryState{
	/*
	 * AF:
	 * instance:Alloct状态
	 */
	static EntryState instance=new Alloct();
	public static EntryState getState() {
		return instance;
	}

	@Override
	public String tostring() {
		return "alloct State";
	}

	@Override
	public EntryState allocted() {
		throw new IllegalArgumentException();
	}

	@Override
	public EntryState run() {
		return Run.instance;
	}
	@Override
	public EntryState cancel() {
		return Cancel.instance;
	}

	@Override
	public EntryState ended() {
		throw new IllegalArgumentException();
	}	
}

相应的Context类如下

public class Context{
	private EntryState currentstate;
	public CommonPlanningEntry(){
		this.currentstate=Waitting.getState();
	}
	public void setstate(EntryState state) {
		this.currentstate=state;
	}
	@Override
	public void setalloct() {
		setstate(currentstate.allocted());
	}
	@Override
	public void setrun() {
		setstate(currentstate.run());
	}
	@Override
	public void setcancel() {
		setstate(currentstate.cancel());
	}
	@Override
	public void setend() {
		setstate(currentstate.ended());
	}
	@Override
	public String getName() {
		return this.planName;
	}
	@Override
	public EntryState getState() {
		return this.currentstate;
	}
	/**
	 * 当前状态
	 * @return
	 */
	@Override
	public String getcurrentState() {
		return this.currentstate.tostring();
	}
	
}

以上的具体状态类使用了静态State变量代表一个状态,另一种方法是将Context类作为输入的参数,此时对Context类做出修改

public class Context{
	private EntryState currentstate;
	public CommonPlanningEntry(){
		this.currentstate=null;
	}
	public void setstate(EntryState state) {
		this.currentstate=state;
	}
	@Override
	public EntryState getState() {
		return this.currentstate;
	}

同时对State类进行修改,修改方法的输入参数和实现。

public class Alloct implements EntryState{
	/*
	 * AF:
	 * instance:Alloct状态
	 */

	@Override
	public String tostring() {
		return "alloct State";
	}

	@Override
	public void SetState(Context context) {
		context.setstate(this);
	}

}

但是这一种方法还需要创建一个Client类来调用Context类和相应的方法,同时还需要在Context类添加状态转换的异常处理(未给出具体代码),而第一种实现方法在具体类中就对错误状态转换做了处理,但第二种方法的具体类和Context的方法实现比前一种方法更简洁些;各有优劣之处。

2 备忘录模式(Memento)

备忘录模式在不破坏类封装性的前提下,会捕获一个对象的内部状态,并在对象之外保存该状态。可以在未来的某个时刻将该对象恢复到保存的某个状态,也就是“回滚”。

2.1 备忘录模式的结构

备忘录模式包括三个不同的角色

  • Originator;需要备忘的类
  • Caretaker;添加originator的备忘记录和恢复
  • Memento;备忘录:记录originator对象的历史状态

结构图:
在这里插入图片描述

2.2 简单实例

Memento类

    class Memento{//非常简单的类,只记录一个历史状态
		private State state;
		public Memento(State state) {
			this.state=state;
		}
		public State getState() {
			return state;
		}
	}

Originator类

    class Originator{
		private State state;
		public void setState(State state) {//ADT原本的状态转换功能,可能更复杂(如State模式
			System.out.println("Originator :Setting state to "+state.toString());
			this.state=state;
		}
		
		public Memento save() {//保存历史状态,delegate到memento去实现
			System.out.println("");
			return new Memento(state);
		}
		public void restore(Memento m) {//利用传入的Menmento对象来恢复历史状态
			state=m.getState();
			System.out.println("Originator:State after restoring from Memento: "+state);
	
		}
	}

Caretaker类

class Caretaker{
	private List<Memento> mementos=new ArrayList<test.Memento>();
	//以列表的方式保留一系列开始状态
	public void addMementto(Memento m) {//添加一个新的历史状态
		mementos.add(m);
	}
		
	public Memento getMemento(int i) {输入索引
		if(mementos.size()<i)
			throw new RuntimeErrorException("Can't rollback");
		return mementos.get(mementos.size()-i);//取出需要回滚的状态,取出之后备忘录应维护
	}
}

客户端Client类

public  class Client{
	public static void main(String[] args) {
		Caretaker caretaker=new Caretaker();
		Originator originator=new Originator();
		State state1; 
		originator.setState(state1);
		caretaker.addMementto(originator.save());
		originator.restore(caretaker.getMemento(1));
	}
}

这只是一个备忘录模式的一个大致框架,其中保存的状态类State需要根据适应实际问题,因此在Originator类中的setState方法可能会更复杂。而且在Caretaker类中取出历史状态时,需要考虑更新备忘录,即是否需要将取出的状态在备忘录中删去,从而调整其他保存的历史状态在列表中的索引。

3 两个模式之间的关系

备忘录模式中可使用状态模式

参考资料:课程PPT整理

设计模式之备忘录 状态模式精讲 19.1 场景问题 19.1.1 开发仿真系统 考虑这样一个仿真应用,功能是:模拟运行针对某个具体问题的多个解决方案,记录运行过程的各种数据,在模拟运行完成过后,好对这多个解决方案进行比较评价,从而选定最优的解决方案。 这种仿真系统,在很多领域都有应用,比如:工作流系统,对同一问题制定多个流程,然后通过仿真运行,最后来确定最优的流程做为解决方案;在工业设计制造领域,仿真系统的应用就更广泛了。 由于都是解决同一个具体的问题,这多个解决方案并不是完全不一样的,假定它们的前半部分运行是完全一样的,只是在后半部分采用了不同的解决方案,后半部分需要使用前半部分运行所产生的数据。 由于要模拟运行多个解决方案,而且最后要根据运行结果来进行评价,这就意味着每个方案的后半部分的初始数据应该是一样,也就是说在运行每个方案后半部分之前,要保证数据都是由前半部分运行所产生的数据,当然,咱们这里并不具体的去深入到底有哪些解决方案,也不去深入到底有哪些状态数据,这里只是示意一下。 那么,这样的系统该如何实现呢?尤其是每个方案运行需要的初始数据应该一样,要如何来保证呢? 19.1.2 不用模式的解决方案 要保证初始数据的一致,实现思路也很简单: 首先模拟运行流程第一个阶段,得到后阶段各个方案运行需要的数据,并把数据保存下来,以备后用 每次在模拟运行某一个方案之前,用保存的数据去重新设置模拟运行流程的对象,这样运行后面不同的方案时,对于这些方案,初始数据就是一样的了 根据上面的思路,来写出仿真运行的示意代码,示例代码如下: /** * 模拟运行流程A,只是一个示意,代指某个具体流程 */ public class FlowAMock { /** * 流程名称,不需要外部存储的状态数据 */ private String flowName; /** * 示意,代指某个中间结果,需要外部存储的状态数据 */ private int tempResult; /** * 示意,代指某个中间结果,需要外部存储的状态数据 */ private String tempState; /** * 构造方法,传入流程名称 * @param flowName 流程名称 */ public FlowAMock(String flowName){ this.flowName = flowName; } public String getTempState() { return tempState; } public void setTempState(String tempState) { this.tempState = tempState; } public int getTempResult() { return tempResult; } public void setTempResult(int tempResult) { this.tempResult = tempResult; } /** * 示意,运行流程的第一个阶段 */ public void runPhaseOne(){ //在这个阶段,可能产生了中间结果,示意一下 tempResult = 3; tempState = "PhaseOne"; } /** * 示意,按照方案一来运行流程后半部分 */ public void schema1(){ //示意,需要使用第一个阶段产生的数据 this.tempState += ",Schema1"; System.out.println(this.tempState + " : now run "+tempResult); this.tempResult += 11; } /** * 示意,按照方案二来运行流程后半部分 */ public void schema2(){ //示意,需要使用第一个阶段产生的数据 this.tempState += ",Schema2"; System.out.println(this.tempState + " : now run "+tempResult); this.tempResult += 22; } } (2)看看如何使用这个模拟流程的对象,写个客户端来测试一下。示例代码如下: public class Client { public static void main(String[] args) { // 创建模拟运行流程的对象 FlowAMock mock = new FlowAMock("TestFlow"); //运行流程的第一个阶段 mock.runPhaseOne(); //得到第一个阶段运行所产生的数据,后面要用 int tempResult = mock.getTempResult(); String tempState = mock.getTempState(); //按照方案一来运行流程后半部分 mock.schema1(); //把第一个阶段运行所产生的数据重新设置回去 mock.setTempResult(tempResult); mock.setTempState(tempState); //按照方案二来运行流程后半部分 mock.schema2(); } } 运行结果如下: PhaseOne,Schema1 : now run 3 PhaseOne,Schema2 : now run 3
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