State模式的定义: 不同的状态,不同的行为;或者说,每个状态有着相应的行为.
何时使用?
State模式在实际使用中比较多,适合"状态的切换".因为我们经常会使用If elseif else 进行状态切换, 如果针对状态的这样判断切换反复出现,我们就要联想到是否可以采取State模式了.
不只是根据状态,也有根据属性.如果某个对象的属性不同,对象的行为就不一样,这点在数据库系统中出现频率比较高,我们经常会在一个数据表的尾部,加上property属性含义的字段,用以标识记录中一些特殊性质的记录,这种属性的改变(切换)又是随时可能发生的,就有可能要使用State.
是否使用?
在实际使用,类似开关一样的状态切换是很多的,但有时并不是那么明显,取决于你的经验和对系统的理解深度.
这里要阐述的是"开关切换状态" 和" 一般的状态判断"是有一些区别的, " 一般的状态判断"也是有 if..elseif结构,例如:
if (which==1) state="hello";
else if (which==2) state="hi";
else if (which==3) state="bye";这是一个 " 一般的状态判断",state值的不同是根据which变量来决定的,which和state没有关系.如果改成:
if (state.euqals("bye")) state="hello";
else if (state.euqals("hello")) state="hi";
else if (state.euqals("hi")) state="bye";这就是 "开关切换状态",是将state的状态从"hello"切换到"hi",再切换到""bye";在切换到"hello",好象一个旋转开关,这种状态改变就可以使用State模式了.
如果单纯有上面一种将"hello"-->"hi"-->"bye"-->"hello"这一个方向切换,也不一定需要使用State模式,因为State模式会建立很多子类,复杂化,但是如果又发生另外一个行为:将上面的切换方向反过来切换,或者需要任意切换,就需要State了.
UML
下面摘自《Java与模式》：
示例一、
Game Engine example
作为一个通用的游戏，站在抽象的角度来讲，实际上可以简单分为，菜单屏，游戏屏，设置屏，帮助屏。
状态图
通过状态图可以发现，实际上这几种状态有明显的状态的变迁。每一种状态对应其自身的渲染过程，以及事件处理过程。
经过抽象可以得到下列对象模型
Screen.update主要作用为处理事件响应，譬如鼠标键盘触屏等。
Screen.present主要作用渲染当前状态的帧。
下面这个类是较为简单的HelpScreen代码：
package org.changsheng.game.TankGame.screen;
import java.awt.Color;
import java.awt.event.KeyEvent;
import java.awt.geom.Rectangle2D;
import java.util.List;
import org.changsheng.game.TankGame.util.BoundsUtil;
import org.changsheng.game.TankGame.util.TankGameGraphics;
import org.changsheng.game.engine.interfaze.Game;
import org.changsheng.game.engine.interfaze.GameInput.GameKeyEvent;
import org.changsheng.game.engine.interfaze.GameInput.GameMouseEvent;
import org.changsheng.game.engine.interfaze.Screen;
/**
* Help screen .
*
* @author changsheng
*
*/
public class HelpScreen extends Screen {
public HelpScreen(Game game) {
super(game);
}
@Override
public void update(float deltaTime) {
List<GameMouseEvent> events = game.getGameInput().getMouseEvents();
List<GameKeyEvent> keyevents = game.getGameInput().getKeyEvents();
for (int i = 0; i < events.size(); i++) {
GameMouseEvent event = events.get(i);
/* mouse left click */
if (event.WITCH == GameMouseEvent.MOUSE_LEFT) {
if (event.TYPE == GameMouseEvent.MOUSE_UP) {
if (BoundsUtil.inBounds(event, rectMenu)) {
game.setScreen(new MainMenuScreen(game));
}
}
}
}
for (int i = 0; i < keyevents.size(); i++) {
GameKeyEvent event = keyevents.get(i);
if (event.type == GameKeyEvent.KEY_UP) {
if (event.keyCode == KeyEvent.VK_M) {
game.setScreen(new MainMenuScreen(game));
}
}
}
}
Rectangle2D.Double rectMenu = new Rectangle2D.Double(300, 510, 200, 50);
@Override
public void present(float deltaTime) {
TankGameGraphics g2d = (TankGameGraphics) game.getGameGraphics2D();
g2d.drawBackground();
g2d.drawString("Control", 100, 150, Color.RED);
g2d.drawString("Start --- Enter", 200, 200, Color.WHITE);
g2d.drawString("Move --- UP/DOWN/LEFT/RIGHT", 200, 250, Color.WHITE);
g2d.drawString("Fire --- Space", 200, 300, Color.WHITE);
g2d.drawString("Pause --- P", 200, 350, Color.WHITE);
g2d.drawString("Resume --- P", 200, 400, Color.WHITE);
g2d.drawString("Menu --- M", 200, 450, Color.WHITE);
g2d.drawRoundRect(rectMenu, 20, Color.YELLOW);
g2d.drawString("Menu", rectMenu, 30, Color.YELLOW);
}
@Override
public void pause() {
}
@Override
public void resume() {
}
@Override
public void dispose() {
}
}其中Game类为游戏资源中央控制器，存放键盘事件，鼠标事件，以及重要的SetScreen(Screen screen)；方法等信息。
HelpScreen.update方法主要是当点击Menu区域时，返回到菜单屏幕，
HelpScreen.present方法主要是渲染HelpScreen，如上面的截屏。
一旦通过Screen.update方法中的逻辑使状态发生变迁之后，在渲染线程中就可以实时显示变迁后的屏幕，
比如点击开始游戏，状态从MenuScreen变迁到GameScreen。
渲染的代码如下：
package org.changsheng.game.engine.interfaze.impl;
import java.awt.Graphics;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import javax.swing.JPanel;
import org.changsheng.game.engine.interfaze.Game;
/**
* Render View and Render Thread.
*
* @author changsheng
*
*/
@SuppressWarnings("serial")
public class GameRenderView extends JPanel implements Runnable {
Game game;
/* whether the render thread is running. */
private volatile boolean running = false;
/* render thread */
private Thread renderThread;
/* start time */
long startTime = System.currentTimeMillis();
public GameRenderView(Game game) {
this.game = game;
}
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g);
/* use the japnel's graphics draw the buffered image. */
/**
* UI Thread 中只是获取了BufferedImage并没有进行绘制处理， 所以在此共享对象BufferedIamge是线程安全的。
*/
g.drawImage(game.getGameGraphics2D().getBufferedImage(), 0, 0, null);
}
public void run() {
while (running) {
/* Current frames is 100 image/second */
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
long detaltime = (endTime - startTime);
game.getCurrentScreen().update(detaltime);// update current screen
// events...
game.getCurrentScreen().present(detaltime);// present current screen
// // effect...
repaint();// call the paintComponent method.
startTime = System.currentTimeMillis();
}
}
/**
* build the render thread and start it.
*/
public void build() {
running = true;
renderThread = new Thread(this);
renderThread.start();
}
/**
* rebuild the render thread and start it.
*/
public void rebuild() {
running = true;
renderThread = new Thread(this);
renderThread.start();
}
/**
* pause the render thread.
*/
public void pause() {
running = false;
while (true) {
try {
/* wait the render thread complete. */
renderThread.join();
break;
} catch (InterruptedException e) {
// retry
}
}
}
}其中渲染线程中最重要的是
game.getCurrentScreen().update(detaltime);// update current screen
game.getCurrentScreen().present(detaltime);// present current screen第一个更新当前State事件
第二个更新当前State帧
假如说这里根本不使用State Patterns，可以想象一下，首先会出现switch过多这种情况（代码坏味道），对于渲染需要switch对于事件更新也需要switch，而且这些代码极大的可能和渲染高度偶合在一起，假如需求变更，需要添加商铺功能，高分功能，这个时候不可避免阅读代码困难，修改不易。
综上所述，通过使用State Patterns可以解耦状态调用端和状态变迁端，即游戏渲染线程和Screen变迁。另一方面，对于状态的添加开放，对现有状态修改关闭，符合OCP原则，另一方面也符合SRP原则。
示例二、
请看下例:
public class Context{
private Color state=null;
public void push(){
//如果当前red状态 就切换到blue
if (state==Color.red) state=Color.blue;
//如果当前blue状态 就切换到green
else if (state==Color.blue) state=Color.green;
//如果当前black状态 就切换到red
else if (state==Color.black) state=Color.red;
//如果当前green状态 就切换到black
else if (state==Color.green) state=Color.black;
Sample sample=new Sample(state);
sample.operate();
}
public void pull(){
//与push状态切换正好相反
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();
}
}
在上例中,我们有两个动作push推和pull拉,这两个开关动作,改变了Context颜色,至此,我们就需要使用State模式优化它.
另外注意:但就上例,state的变化,只是简单的颜色赋值,这个具体行为是很简单的,State适合巨大的具体行为,因此在,就本例,实际使用中也不一定非要使用State模式,这会增加子类的数目,简单的变复杂.
例如: 银行帐户, 经常会在Open 状态和Close状态间转换.
例如: 经典的TcpConnection, Tcp的状态有创建 侦听 关闭三个,并且反复转换,其创建 侦听 关闭的具体行为不是简单一两句就能完成的,适合使用State
例如:信箱POP帐号, 会有四种状态, start HaveUsername Authorized quit,每个状态对应的行为应该是比较大的.适合使用State
例如:在工具箱挑选不同工具,可以看成在不同工具中切换,适合使用State.如 具体绘图程序,用户可以选择不同工具绘制方框 直线 曲线,这种状态切换可以使用State.
如何使用
State需要两种类型实体参与:
1.state manager 状态管理器 ,就是开关 ,如上面例子的Context实际就是一个state manager, 在state manager中有对状态的切换动作.
2.用抽象类或接口实现的父类,,不同状态就是继承这个父类的不同子类.
以上面的Context为例.我们要修改它,建立两个类型的实体.
第一步: 首先建立一个父类:
public abstract class State{
public abstract void handlepush(Context c);
public abstract void handlepull(Context c);
public abstract void getcolor();
}
父类中的方法要对应state manager中的开关行为,在state manager中 本例就是Context中,有两个开关动作push推和pull拉.那么在状态父类中就要有具体处理这两个动作:handlepush() handlepull(); 同时还需要一个获取push或pull结果的方法getcolor()
下面是具体子类的实现:
public class BlueState extends State{
public void handlepush(Context c){
//根据push方法"如果是blue状态的切换到green" ;
c.setState(new GreenState());
}
public void handlepull(Context c){
//根据pull方法"如果是blue状态的切换到red" ;
c.setState(new RedState());
}
public abstract void getcolor(){ return (Color.blue)}
}
同样 其他状态的子类实现如blue一样.
第二步: 要重新改写State manager 也就是本例的Context:
public class Context{
private Sate state=null; //我们将原来的 Color state 改成了新建的State state;
//setState是用来改变state的状态 使用setState实现状态的切换
pulic void setState(State state){
this.state=state;
}
public void push(){
//状态的切换的细节部分,在本例中是颜色的变化,已经封装在子类的handlepush中实现,这里无需关心
state.handlepush(this);
//因为sample要使用state中的一个切换结果,使用getColor()
Sample sample=new Sample(state.getColor());
sample.operate();
}
public void pull(){
state.handlepull(this);
Sample2 sample2=new Sample2(state.getColor());
sample2.operate();
}
}
至此,我们也就实现了State的refactorying过程.
以上只是相当简单的一个实例,在实际应用中,handlepush或handelpull的处理是复杂的.
状态模式优点：
（1） 封装转换过程，也就是转换规则
（2） 枚举可能的状态，因此，需要事先确定状态种类。
状态模式可以允许客户端改变状态的转换行为，而状态机则是能够自动改变状态，状态机是一个比较独立的而且复杂的机制，具体可参考一个状态机开源项目：http://sourceforge.net/projects/smframework/
状态模式在工作流或游戏等各种系统中有大量使用，甚至是这些系统的核心功能设计，例如政府OA中，一个批文的状态有多种：未办；正在办理；正在批示；正在审核；已经完成等各种状态，使用状态机可以封装这个状态的变化规则，从而达到扩充状态时，不必涉及到状态的使用者。
在网络游戏中，一个游戏活动存在开始；开玩；正在玩；输赢等各种状态，使用状态模式就可以实现游戏状态的总控，而游戏状态决定了游戏的各个方面，使用状态模式可以对整个游戏架构功能实现起到决定的主导作用。
状态模式实质：
使用状态模式前，客户端外界需要介入改变状态，而状态改变的实现是琐碎或复杂的。
使用状态模式后，客户端外界可以直接使用事件Event实现，根本不必关心该事件导致如何状态变化，这些是由状态机等内部实现。
这是一种Event-condition-State，状态模式封装了condition-State部分。
每个状态形成一个子类，每个状态只关心它的下一个可能状态，从而无形中形成了状态转换的规则。如果新的状态加入，只涉及它的前一个状态修改和定义。
状态转换有几个方法实现：一个在每个状态实现next()，指定下一个状态；还有一种方法，设定一个StateOwner，在StateOwner设定stateEnter状态进入和stateExit状态退出行为。
状态从一个方面说明了流程，流程是随时间而改变，状态是截取流程某个时间片。
