設計模式系列—狀態模式

作者：一角錢技術 2020-11-04 08:54:54

本篇和大家一起來學習狀態模式相關內容。

模式定義

對有狀態的對象，把復雜的“判斷邏輯”提取到不同的狀態對象中，允許狀態對象在其內部狀態發生改變時改變其行為。

狀態模式把受環境改變的對象行為包裝在不同的狀態對象里，其意圖是讓一個對象在其內部狀態改變的時候，其行為也隨之改變。現在我們來分析其基本結構和實現方法。

模板實現如下：

package com.niuh.designpattern.state.v1; 
 
/** 
 * <p> 
 * 狀態模式 
 * </p> 
 */ 
public class StatePattern { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        //創建環境   
        Context context = new Context(); 
        //處理請求 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
    } 
} 
 
//抽象狀態類 
abstract class State { 
    public abstract void Handle(Context context); 
} 
 
//具體狀態A類 
class ConcreteStateA extends State { 
    public void Handle(Context context) { 
        System.out.println("當前狀態是 A."); 
        context.setState(new ConcreteStateB()); 
    } 
} 
 
//具體狀態B類 
class ConcreteStateB extends State { 
    public void Handle(Context context) { 
        System.out.println("當前狀態是 B."); 
        context.setState(new ConcreteStateA()); 
    } 
} 
 
//環境類 
class Context { 
    private State state; 
 
    //定義環境類的初始狀態 
    public Context() { 
        this.state = new ConcreteStateA(); 
    } 
 
    //設置新狀態 
    public void setState(State state) { 
        this.state = state; 
    } 
 
    //讀取狀態 
    public State getState() { 
        return (state); 
    } 
 
    //對請求做處理 
    public void Handle() { 
        state.Handle(this); 
    } 
}

輸出結果如下：

當前狀態是 A.
當前狀態是 B.
當前狀態是 A.
當前狀態是 B.

解決的問題

對象的行為依賴于它的狀態(屬性)，并且可以根據它的狀態改變而改變它的相關行為。

模式組成

實例說明

實例概況

用“狀態模式”設計一個多線程的狀態轉換程序。

分析：多線程存在 5 種狀態，分別為新建狀態、就緒狀態、運行狀態、阻塞狀態和死亡狀態，各個狀態當遇到相關方法調用或事件觸發時會轉換到其他狀態，其狀態轉換規律如下所示：

現在先定義一個抽象狀態類(TheadState)，然后為上圖的每個狀態設計一個具體狀態類，它們是新建狀態(New)、就緒狀態(Runnable )、運行狀態(Running)、阻塞狀態(Blocked)和死亡狀態(Dead)，每個狀態中有觸發它們轉變狀態的方法，環境類(ThreadContext)中先生成一個初始狀態(New)，并提供相關觸發方法，下圖所示是線程狀態轉換程序的結構圖：

使用步驟

步驟1：定義抽象狀態類：線程狀態

abstract class ThreadState { 
    //狀態名 
    protected String stateName; 
}

步驟2： 定義具體的狀態類

//具體狀態類：新建狀態 
class New extends ThreadState { 
    public New() { 
        stateName = "新建狀態"; 
        System.out.println("當前線程處于：新建狀態."); 
    } 
 
    public void start(ThreadContext hj) { 
        System.out.print("調用start()方法-->"); 
        if (stateName.equals("新建狀態")) { 
            hj.setState(new Runnable()); 
        } else { 
            System.out.println("當前線程不是新建狀態，不能調用start()方法."); 
        } 
    } 
} 
 
//具體狀態類：就緒狀態 
class Runnable extends ThreadState { 
    public Runnable() { 
        stateName = "就緒狀態"; 
        System.out.println("當前線程處于：就緒狀態."); 
    } 
 
    public void getCPU(ThreadContext hj) { 
        System.out.print("獲得CPU時間-->"); 
        if (stateName.equals("就緒狀態")) { 
            hj.setState(new Running()); 
        } else { 
            System.out.println("當前線程不是就緒狀態，不能獲取CPU."); 
        } 
    } 
} 
 
//具體狀態類：運行狀態 
class Running extends ThreadState { 
    public Running() { 
        stateName = "運行狀態"; 
        System.out.println("當前線程處于：運行狀態."); 
    } 
 
    public void suspend(ThreadContext hj) { 
        System.out.print("調用suspend()方法-->"); 
        if (stateName.equals("運行狀態")) { 
            hj.setState(new Blocked()); 
        } else { 
            System.out.println("當前線程不是運行狀態，不能調用suspend()方法."); 
        } 
    } 
 
    public void stop(ThreadContext hj) { 
        System.out.print("調用stop()方法-->"); 
        if (stateName.equals("運行狀態")) { 
            hj.setState(new Dead()); 
        } else { 
            System.out.println("當前線程不是運行狀態，不能調用stop()方法."); 
        } 
    } 
} 
 
//具體狀態類：阻塞狀態 
class Blocked extends ThreadState { 
    public Blocked() { 
        stateName = "阻塞狀態"; 
        System.out.println("當前線程處于：阻塞狀態."); 
    } 
 
    public void resume(ThreadContext hj) { 
        System.out.print("調用resume()方法-->"); 
        if (stateName.equals("阻塞狀態")) { 
            hj.setState(new Runnable()); 
        } else { 
            System.out.println("當前線程不是阻塞狀態，不能調用resume()方法."); 
        } 
    } 
} 
 
//具體狀態類：死亡狀態 
class Dead extends ThreadState { 
    public Dead() { 
        stateName = "死亡狀態"; 
        System.out.println("當前線程處于：死亡狀態."); 
    } 
}

步驟3：定義環境類

class ThreadContext { 
    private ThreadState state; 
 
    ThreadContext() { 
        state = new New(); 
    } 
 
    public void setState(ThreadState state) { 
        this.state = state; 
    } 
 
    public ThreadState getState() { 
        return state; 
    } 
 
    public void start() { 
        ((New) state).start(this); 
    } 
 
    public void getCPU() { 
        ((Runnable) state).getCPU(this); 
    } 
 
    public void suspend() { 
        ((Running) state).suspend(this); 
    } 
 
    public void stop() { 
        ((Running) state).stop(this); 
    } 
 
    public void resume() { 
        ((Blocked) state).resume(this); 
    } 
}

輸出結果

當前線程處于：新建狀態.
調用start()方法-->當前線程處于：就緒狀態.
獲得CPU時間-->當前線程處于：運行狀態.
調用suspend()方法-->當前線程處于：阻塞狀態.
調用resume()方法-->當前線程處于：就緒狀態.
獲得CPU時間-->當前線程處于：運行狀態.
調用stop()方法-->當前線程處于：死亡狀態.

優點

狀態模式將與特定狀態相關的行為局部化到一個狀態中，并且將不同狀態的行為分割開來，滿足“單一職責原則”。
減少對象間的相互依賴。將不同的狀態引入獨立的對象中會使得狀態轉換變得更加明確，且減少對象間的相互依賴。
有利于程序的擴展。通過定義新的子類很容易地增加新的狀態和轉換。

缺點

狀態模式的使用必然會增加系統的類與對象的個數。
狀態模式的結構與實現都較為復雜，如果使用不當會導致程序結構和代碼的混亂。

應用場景

通常在以下情況下可以考慮使用狀態模式。

當一個對象的行為取決于它的狀態，并且它必須在運行時根據狀態改變它的行為時，就可以考慮使用狀態模式。
一個操作中含有龐大的分支結構，并且這些分支決定于對象的狀態時。

狀態模式的擴展

在有些情況下，可能有多個環境對象需要共享一組狀態，這時需要引入享元模式，將這些具體狀態對象放在集合中供程序共享，其結構圖如下：

分析：共享狀態模式的不同之處是在環境類中增加了一個 HashMap 來保存相關狀態，當需要某種狀態時可以從中獲取，其程序代碼如下：

package com.niuh.designpattern.state.v3; 
 
import java.util.HashMap; 
 
/** 
 * <p> 
 * 共享狀態模式 
 * </p> 
 */ 
public class FlyweightStatePattern { 
    public static void main(String[] args) { 
        //創建環境  
        ShareContext context = new ShareContext(); 
        //處理請求 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
    } 
} 
 
//抽象狀態類 
abstract class ShareState { 
    public abstract void Handle(ShareContext context); 
} 
 
//具體狀態1類 
class ConcreteState1 extends ShareState { 
    public void Handle(ShareContext context) { 
        System.out.println("當前狀態是： 狀態1"); 
        context.setState(context.getState("2")); 
    } 
} 
 
//具體狀態2類 
class ConcreteState2 extends ShareState { 
    public void Handle(ShareContext context) { 
        System.out.println("當前狀態是： 狀態2"); 
        context.setState(context.getState("1")); 
    } 
} 
 
//環境類 
class ShareContext { 
    private ShareState state; 
    private HashMap<String, ShareState> stateSet = new HashMap<String, ShareState>(); 
 
    public ShareContext() { 
        state = new ConcreteState1(); 
        stateSet.put("1", state); 
        state = new ConcreteState2(); 
        stateSet.put("2", state); 
        state = getState("1"); 
    } 
 
    //設置新狀態 
    public void setState(ShareState state) { 
        this.state = state; 
    } 
 
    //讀取狀態 
    public ShareState getState(String key) { 
        ShareState s = (ShareState) stateSet.get(key); 
        return s; 
    } 
 
    //對請求做處理 
    public void Handle() { 
        state.Handle(this); 
    } 
}

輸出結果如下

當前狀態是：狀態1
當前狀態是：狀態2
當前狀態是：狀態1
當前狀態是：狀態2

源碼中的應用

#JDK中的狀態模式： 
java.util.Iterator 
# 通過FacesServlet控制, 行為取決于當前JSF生命周期的階段(狀態 
javax.faces.lifecycle.LifeCycle#execute()

PS：以上代碼提交在 Github ：

https://github.com/Niuh-Study/niuh-designpatterns.git

責任編輯：姜華來源：今日頭條

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