設(shè)計模式系列—狀態(tài)模式

作者：一角錢技術(shù) 2020-11-04 08:54:54

本篇和大家一起來學習狀態(tài)模式相關(guān)內(nèi)容。

模式定義

對有狀態(tài)的對象，把復雜的“判斷邏輯”提取到不同的狀態(tài)對象中，允許狀態(tài)對象在其內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生改變時改變其行為。

狀態(tài)模式把受環(huán)境改變的對象行為包裝在不同的狀態(tài)對象里，其意圖是讓一個對象在其內(nèi)部狀態(tài)改變的時候，其行為也隨之改變?，F(xiàn)在我們來分析其基本結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法。

模板實現(xiàn)如下：

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

輸出結(jié)果如下：

當前狀態(tài)是 A.
當前狀態(tài)是 B.
當前狀態(tài)是 A.
當前狀態(tài)是 B.

解決的問題

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

模式組成

實例說明

實例概況

用“狀態(tài)模式”設(shè)計一個多線程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序。

分析：多線程存在 5 種狀態(tài)，分別為新建狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)和死亡狀態(tài)，各個狀態(tài)當遇到相關(guān)方法調(diào)用或事件觸發(fā)時會轉(zhuǎn)換到其他狀態(tài)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律如下所示：

現(xiàn)在先定義一個抽象狀態(tài)類(TheadState)，然后為上圖的每個狀態(tài)設(shè)計一個具體狀態(tài)類，它們是新建狀態(tài)(New)、就緒狀態(tài)(Runnable )、運行狀態(tài)(Running)、阻塞狀態(tài)(Blocked)和死亡狀態(tài)(Dead)，每個狀態(tài)中有觸發(fā)它們轉(zhuǎn)變狀態(tài)的方法，環(huán)境類(ThreadContext)中先生成一個初始狀態(tài)(New)，并提供相關(guān)觸發(fā)方法，下圖所示是線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序的結(jié)構(gòu)圖：

使用步驟

步驟1：定義抽象狀態(tài)類：線程狀態(tài)

abstract class ThreadState { 
    //狀態(tài)名 
    protected String stateName; 
}

步驟2： 定義具體的狀態(tài)類

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

步驟3：定義環(huán)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(jié)果

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

優(yōu)點

狀態(tài)模式將與特定狀態(tài)相關(guān)的行為局部化到一個狀態(tài)中，并且將不同狀態(tài)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(tài)引入獨立的對象中會使得狀態(tài)轉(zhuǎn)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(tài)和轉(zhuǎn)換。

缺點

狀態(tài)模式的使用必然會增加系統(tǒng)的類與對象的個數(shù)。
狀態(tài)模式的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)都較為復雜，如果使用不當會導致程序結(jié)構(gòu)和代碼的混亂。

應(yīng)用場景

通常在以下情況下可以考慮使用狀態(tài)模式。

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

狀態(tài)模式的擴展

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

分析：共享狀態(tài)模式的不同之處是在環(huán)境類中增加了一個 HashMap 來保存相關(guān)狀態(tài)，當需要某種狀態(tài)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(tài)模式 
 * </p> 
 */ 
public class FlyweightStatePattern { 
    public static void main(String[] args) { 
        //創(chuàng)建環(huán)境  
        ShareContext context = new ShareContext(); 
        //處理請求 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
        context.Handle(); 
    } 
} 
 
//抽象狀態(tài)類 
abstract class ShareState { 
    public abstract void Handle(ShareContext context); 
} 
 
//具體狀態(tài)1類 
class ConcreteState1 extends ShareState { 
    public void Handle(ShareContext context) { 
        System.out.println("當前狀態(tài)是： 狀態(tài)1"); 
        context.setState(context.getState("2")); 
    } 
} 
 
//具體狀態(tài)2類 
class ConcreteState2 extends ShareState { 
    public void Handle(ShareContext context) { 
        System.out.println("當前狀態(tài)是： 狀態(tài)2"); 
        context.setState(context.getState("1")); 
    } 
} 
 
//環(huán)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(shè)置新狀態(tài) 
    public void setState(ShareState state) { 
        this.state = state; 
    } 
 
    //讀取狀態(tài) 
    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(jié)果如下

當前狀態(tài)是：狀態(tài)1
當前狀態(tài)是：狀態(tài)2
當前狀態(tài)是：狀態(tài)1
當前狀態(tài)是：狀態(tài)2

源碼中的應(yīng)用

#JDK中的狀態(tài)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(tài) 
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

狀態(tài)模式

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設(shè)計模式系列—狀態(tài)模式