? 在很多情况下,一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性
,这样的属性叫做状态
,这样的对象叫做有状态的( stateful)对象
,这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时,其内部状态就会改变,从而使得系统的行为也随之发生变化
在UML中可以使用状态图来描述对象状态的变化。
状态模式( state Pattern)的定义如下:允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为
,对象看起来似乎修改了它的类
。其别名为状态对象( Objects for States)
,状态模式是对象行为型
模式
状态模式包含如下角色:
- Context:环境类,也称为上下文,它定义了客户感兴趣的接口,维护一个当前状态,并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理。
- State:抽象状态类,定义一个接口,用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为。
- Concretestate:具体状态类,实现抽象状态所对应的行为。
? 下面演示一下
以视频播放为例
创建中国大学慕课Mooc课程视频的抽象类
public abstract class CourseVideoState {
protected CourseVideoContext courseVideoContext;
public void setCourseVideoContext(CourseVideoContext courseVideoContext) {
this.courseVideoContext = courseVideoContext;
}
public abstract void play(); //播放
public abstract void speed(); //快进
public abstract void pause(); //暂停
public abstract void stop(); //停止
}
暂停状态
public class PauseState extends CourseVideoState {
@Override
public void play() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.PLAY_STATE);
}
@Override
public void speed() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.SPEED_STATE);
}
@Override
public void pause() {
System.out.println("暂停播放课程视频状态");
}
@Override
public void stop() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.STOP_STATE);
}
}
播放状态
public class PlayState extends CourseVideoState {
@Override
public void play() {
System.out.println("正常播放课程视频状态");
}
@Override
public void speed() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.SPEED_STATE);
}
@Override
public void pause() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.PAUSE_STATE);
}
@Override
public void stop() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.STOP_STATE);
}
}
快进状态
public class SpeedState extends CourseVideoState {
@Override
public void play() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.PLAY_STATE);
}
@Override
public void speed() {
System.out.println("快进播放课程视频状态");
}
@Override
public void pause() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.PAUSE_STATE);
}
@Override
public void stop() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.STOP_STATE);
}
}
停止状态
public class StopState extends CourseVideoState {
@Override
public void play() {
super.courseVideoContext.setCourseVideoState(CourseVideoContext.PLAY_STATE);
}
@Override
public void speed() {
System.out.println("ERROR 停止状态不能快进!!");
}
@Override
public void pause() {
System.out.println("ERROR 停止状态不能暂停!!");
}
@Override
public void stop() {
System.out.println("停止播放课程视频状态");
}
}
声明视频的上下文
public class CourseVideoContext {
private CourseVideoState courseVideoState;
public final static PlayState PLAY_STATE = new PlayState();
public final static StopState STOP_STATE = new StopState();
public final static PauseState PAUSE_STATE = new PauseState();
public final static SpeedState SPEED_STATE = new SpeedState();
public CourseVideoState getCourseVideoState() {
return courseVideoState;
}
public void setCourseVideoState(CourseVideoState courseVideoState) {
this.courseVideoState = courseVideoState;
this.courseVideoState.setCourseVideoContext(this);
}
public void play(){
this.courseVideoState.play();
}
public void speed(){
this.courseVideoState.speed();
}
public void stop(){
this.courseVideoState.stop();
}
public void pause(){
this.courseVideoState.pause();
}
}
我们看一下类图
关注细节
中央的是四种状态 声明视频的上下文负责处理这些状态
测试
public class Test {
public static void main(String[] args) {
CourseVideoContext courseVideoContext = new CourseVideoContext();
courseVideoContext.setCourseVideoState(new PlayState());
System.out.println("当前状态:"+courseVideoContext.getCourseVideoState().getClass().getSimpleName());
courseVideoContext.pause();
System.out.println("当前状态:"+courseVideoContext.getCourseVideoState().getClass().getSimpleName());
courseVideoContext.speed();
System.out.println("当前状态:"+courseVideoContext.getCourseVideoState().getClass().getSimpleName());
courseVideoContext.stop();
System.out.println("当前状态:"+courseVideoContext.getCourseVideoState().getClass().getSimpleName());
courseVideoContext.speed();
}
}
结果:
Test相当于应用层了 再看一下类图
条理是非常清晰的 一定要关注视频上下文的类 和 各个状态类之间的联系 和编程思想
? 模式分析
状态模式描述了对象状态的变化
以及对象如何在每一种状态下表现出不同的行为。
状态模式的关键是引入了一个抽象类来专门表示对象的状态
,这个类我们叫做抽象状态类
,而对象的每种具体状态类都继承了该类,并在不同具体状态类中实现了不同状态的行为,包括各种状态之间的转换。
在状态模式结构中需要理解环境类与抽象状态类的作用:
- 环境类实际上就是拥有状态的对象,环境类有时候可以充当状态管理器( State Manager)的角色,可以在环境类中对状态进行切换操作。
- 抽象状态类可以是抽象类,也可以是接口,不同状态类就是继承这个父类的不同子类,状态类的产生是由于环境类存在多个状态,同时还满足两个条件这些状态经常需要切换,在不同的状态下对象的行为不同。因此可以将不同对象下的行为单独提取出来封装在具体的状态类中,使得环境类对象在其内部状态改变时可以改变它的行为,对象看起来似乎修改了它的类,而实际上是由于切换到不同的具体状态类实现的。由于环境类可以设置为任一具体状态类,因此它针对抽象状态类进行编程,在程序运行时可以将任一具体状态类的对象设置到环境类中,从而使得环境类可以改变内部状态,并且改变行为
? 模式优缺点
状态模式的优点
- 封装了转换规则。
- 枚举可能的状态,在枚举状态之前需要确定状态种类。
- 将所有与某个状态有关的行为放到一个类中,并且可以方便地增加新的状态,只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
- 允许状态转换逻辑与状态对象合成一体,而不是某一个巨大的条件语句块。
- 可以让多个环境对象共享一个状态对象,从而减少系统中对象的个数
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。
- 状态模式对“开闭原则”的支持并不太好,对于可以切换状态的状态模式,增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码,否则无法切换到新增状态;而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。
? 在以下情况下可以使用状态模式:
- 对象的行为依赖于它的状态(属性)并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。
- 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句,这些条件语句的出现,会导致代码的可维护性和灵活性变差,不能方便地增加和删除状态,使客户类与类库之间的耦合增强。在这些条件语句中包含了对象的行为,而且这些条件对应于对象的各种状态。
? 模式应用
(1)状态模式在工作流或游戏等类型的软件中得以广泛使用,甚至可以用于这些系统的核心功能设计,如在政府OA办公系统中,一个批文的状态有多种:尚未办理;正在办理;正在批示;正在审核;已经完成等各种状态,而且批文状态不同时对批文的操作也有所差异。使用状态模式可以描述工作流对象(如批文)的状态转换以及不同状态下它所具有的行为。
(2)在目前主流的RPG( Role Play Game,角色扮演游戏)中,使用状态模式可以对游戏角色进行控制,游戏角色的升级伴随着其状态的变化和行为的变化。对于游戏程序本身也可以通过状态模式进行总控,一个游戏活动包括开始、运行、结束等状态,通过对状态的控制可以控制系统的行为,决定游戏的各个方面,因此可以使用状态模式对整个游戏的架构进行设计与实现。
(3)共享状态:在有些情况下多个环境对象需要共享同一个状态,如果希望在系统中实现多个环境对象实例共享一个或多个状态对象,那么需要将这些状态对象定义为环境的静态成员对象。
? 模式扩展
简单状态模式与可切换状态的状态模式
(1)简单状态模式:简单状态模式是指状态都相互独立,状态之间无须进行转换的状态模式,这是最简单的一种状态模式。对于这种状态模式,每个状态类都封装与状态相关的操作,而无须关心状态的切换,可以在客户端直接实例化状态类,然后将状态对象设置到环境类中。如果是这种简单的状态模式,它遵循“开闭原则”,在客户端可以针对抽象状态类进行编程,而将具体状态类写到配置文件中,同时增加新的状态类对原有系统也不造成任何影响。
(2)可切换状态的状态模式:大多数的状态模式都是可以切换状态的状态模式,在实现状态切换时,在具体状态类内部需要调用环境类 Context的 setstate()方法进行状态的转换操作,在具体状态类中可以调用到环境类的方法,因此状态类与环境类之间通常还存在关联关系或者依赖关系。通过在状态类中引用环境类的对象来回调环境类的 setstate(方法实现状态的切换。在这种可以切换状态的状态模式中,增加新的状态类可能需要修改其他某些状态类甚至环境类的源代码,否则系统无法切换到新增状态。