设计模式之美 - 64状态模式

原创

java硕哥 2022-12-29 16:23:08 ©著作权

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状态模式一般用来实现状态机，主要应用在游戏、工作流引擎中。

状态机实现方式：分支逻辑法、查表法、状态模式

什么是有限状态机？

状态机有 3 个组成部分：状态（State）、事件（Event）、动作（Action），事件触发状态的转移及动作的执行，而“动作的执行”不是必须的。

图：有限状态机三个组成部分

图中“动作”用了虚线灰色，表示不是必须的

图：事件引起状态变化

图中忽略了“动作”，其实状态之间的连线可以对应地视作“动作”

案例：“超级马里奥”游戏

游戏中，马里奥可以变身为多种形态：小马里奥（Small Mario）、超级马里奥（Super Mario）、火焰马里奥（Fire Mario）
发生不同的事件时，形态会进行转化，且增加或减少积分，具体规则如下图

分支逻辑法实现状态机

分支逻辑法其实就是if else硬编码，事件对应类的方法，状态对应状态机类的状态属性，动作对应相应的操作。

在马里奥这个案例里我们定义一个状态机 MarioStateMachine 类，类中定义一个属性 state 表示状态（小、超级、火焰），定义score属性表示动作（加减积分）操作的结果。

class MarioStateMachine{
  private String state;
  private int score;
  public MarioStateMachine(){
    state = "small";
    score = 0;
  }
  /**
   * 获取蘑菇
   */
  public void obtainMushRoom(){
    state = "super";
    score +=100;
  }
  /**
   * 获取火焰
   */
  public void obtainFire(){
    state = "fire";
    score +=200;
  }
  /**
   * 获取火焰
   */
  public void meetMonster(){
    if("super".equals(state)){
      score -=100;
    }else if("fire".equals(state)){
      score -=200;
    }
    state = "small";
  }
}

从上面的代码中我们能总结出：

1、状态机类中的方法对应事件

2、状态通过状态机类的属性进行定义，事件方法中的部分操作进行状态转换

3、方法中的部分操作对应动作，动作的结果可以提现在类的属性上

上面的代码我们可以进一步优化一下，采用enum 类型来表示状态

public enum State {
    SMALL(0), SUPER(1), FIRE(2);
    private int value;
    private State(int value) {
        this.value = value;
    }
    public int getValue() {
        return this.value;
    }
}
class MarioStateMachine{
    private State currentState;
    private int score;
    public MarioStateMachine(){
        currentState= State.SMALL;
        score = 0;
    }
    /**
     * 获取蘑菇
     */
    public void obtainMushRoom(){
        currentState= State.SUPER;
        score +=100;
    }
    ......
}

查表法实现状态机

自行查看原文…

状态模式实现状态机

状态模式通过将事件触发的状态转移和动作执行，拆分到不同的状态类中，来避免分支判断逻辑。

基于“分支逻辑法”的总结和状态模式的定义，我们来尝试一下状态模式实现思路：

1、状态机类中的方法对应事件

2、状态通过状态机类的属性进行定义，这个属性类型是“状态类”， 事件方法中的部分操作进行状态转换，即将改变状态类

3、方法中的部分操作对应动作，动作的结果可以提现在类的属性上

为了 MarioStateMachine 类持有不同的“状态类”，我们抽象出一个“状态类”的接口

public interface IMario { //所有状态类的接口
    String getName();
    //以下是定义的事件
    default void obtainMushRoom(){};
    default void obtainCape(){};
    default void obtainFireFlower(){};
    void meetMonster();
}

从这个实现看，我们将事件方法同样定义在了“状态类”接口中。

public class MarioStateMachine implements IMario{
    private int score;
    private IMario currentState; // 不再使用枚举来表示状态

    public MarioStateMachine() {
        this.score = 0;
        this.currentState = new SmallMario(this);
    }
    public String getName(){
        return currentState.getName();
    }

    public void obtainMushRoom() {
        this.currentState.obtainMushRoom();
    }
    ......
}
public class SmallMario implements IMario {
    private MarioStateMachine stateMachine;

    public SmallMario(MarioStateMachine stateMachine) {
        this.stateMachine = stateMachine;
    }

    @Override
    public String getName() {
        return "SmallMario";
    }

    @Override
    public void obtainMushRoom() {
        stateMachine.setCurrentState(new SuperMario(stateMachine));
        stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 100);
    }

    @Override
    public void obtainFire() {
        stateMachine.setCurrentState(new FireMario(stateMachine));
        stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 200);
    }

    @Override
    public void meetMonster() {
        // do nothing...
    }
}