設計模式之State

轉自：http://www.jdon.com/designpatterns/designpattern_State.htm

State模式的定義: 不同的狀態,不同的行為;或者說,每個狀態有著相應的行為.

何時使用?
State模式在實際使用中比較多,適合"狀態的切換".因為我們經常會使用If elseif else 進行狀態切換, 如果針對狀態的這樣判斷切換反覆出現,我們就要聯想到是否可以採取State模式了.

不只是根據狀態,也有根據屬性.如果某個物件的屬性不同,物件的行為就不一樣,這點在資料庫系統中出現頻率比較高,我們經常會在一個資料表的尾部,加上property屬性含義的欄位,用以標識記錄中一些特殊性質的記錄,這種屬性的改變(切換)又是隨時可能發生的,就有可能要使用State.

是否使用?
在實際使用,類似開關一樣的狀態切換是很多的,但有時並不是那麼明顯,取決於你的經驗和對系統的理解深度.

這裡要闡述的是"開關切換狀態" 和" 一般的狀態判斷"是有一些區別的, " 一般的狀態判斷"也是有 if..elseif結構,例如:

　　　　if (which==1) state="hello";
　　　　else if (which==2) state="hi";
　　　　else if (which==3) state="bye";

這是一個 " 一般的狀態判斷",state值的不同是根據which變數來決定的,which和state沒有關係.如果改成:

　　　　if (state.euqals("bye")) state="hello";
　　　　else if (state.euqals("hello")) state="hi";
　　　　else if (state.euqals("hi")) state="bye";

這就是 "開關切換狀態",是將state的狀態從"hello"切換到"hi",再切換到""bye";在切換到"hello",好象一個旋轉開關,這種狀態改變就可以使用State模式了.

如果單純有上面一種將"hello"-->"hi"-->"bye"-->"hello"這一個方向切換,也不一定需要使用State模式,因為State模式會建立很多子類,複雜化,但是如果又發生另外一個行為:將上面的切換方向反過來切換,或者需要任意切換,就需要State了.

請看下例:

public class Context{ 　　private Color state=null; 　　public void push(){ 　　　　//如果當前red狀態 就切換到blue 　　　　if (state==Color.red) state=Color.blue; 　　　　//如果當前blue狀態 就切換到green 　　　　else if (state==Color.blue) state=Color.green; 　　　　//如果當前black狀態 就切換到red 　　　　else if (state==Color.black) state=Color.red; 　　　　//如果當前green狀態 就切換到black 　　　　else if (state==Color.green) state=Color.black; 　　　　 　　　　Sample sample=new Sample(state); 　　　　sample.operate(); 　　} 　　public void pull(){ 　　　　//與push狀態切換正好相反 　　　　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,我們有兩個動作push推和pull拉,這兩個開關動作,改變了Context顏色,至此,我們就需要使用State模式優化它.

另外注意:但就上例,state的變化,只是簡單的顏色賦值,這個具體行為是很簡單的,State適合巨大的具體行為,因此在,就本例,實際使用中也不一定非要使用State模式,這會增加子類的數目,簡單的變複雜.

例如: 銀行帳戶, 經常會在Open 狀態和Close狀態間轉換.

例如: 經典的TcpConnection, Tcp的狀態有建立 偵聽 關閉三個,並且反覆轉換,其建立 偵聽 關閉的具體行為不是簡單一兩句就能完成的,適合使用State

例如:信箱POP帳號, 會有四種狀態, start HaveUsername Authorized quit,每個狀態對應的行為應該是比較大的.適合使用State

例如:在工具箱挑選不同工具,可以看成在不同工具中切換,適合使用State.如 具體繪圖程式,使用者可以選擇不同工具繪製方框 直線 曲線,這種狀態切換可以使用State.

如何使用
State需要兩種型別實體參與:

1.state manager 狀態管理器 ,就是開關 ,如上面例子的Context實際就是一個state manager, 在state manager中有對狀態的切換動作.
2.用抽象類或介面實現的父類,,不同狀態就是繼承這個父類的不同子類.

以上面的Context為例.我們要修改它,建立兩個型別的實體.
第一步: 首先建立一個父類:

public abstract class State{ 　　public abstract void handlepush(Context c); 　　public abstract void handlepull(Context c); 　　public abstract void getcolor(); }

父類中的方法要對應state manager中的開關行為,在state manager中 本例就是Context中,有兩個開關動作push推和pull拉.那麼在狀態父類中就要有具體處理這兩個動作:handlepush() handlepull(); 同時還需要一個獲取push或pull結果的方法getcolor()

下面是具體子類的實現:

public class BlueState extends State{ 　　public void handlepush(Context c){ 　　　　 //根據push方法"如果是blue狀態的切換到green" ; 　　　　 c.setState(new GreenState()); 　　} 　　public void handlepull(Context c){ 　　　　 //根據pull方法"如果是blue狀態的切換到red" ; 　　　　c.setState(new RedState()); 　　} 　　public abstract void getcolor(){ return (Color.blue)} }

同樣 其他狀態的子類實現如blue一樣.

第二步: 要重新改寫State manager 也就是本例的Context:

public class Context{ 　　private Sate state=null; //我們將原來的 Color state 改成了新建的State state; 　　//setState是用來改變state的狀態 使用setState實現狀態的切換 　　pulic void setState(State state){ 　　　　this.state=state; 　　} 　　public void push(){ 　　　　//狀態的切換的細節部分,在本例中是顏色的變化,已經封裝在子類的handlepush中實現,這裡無需關心 　　　　state.handlepush(this); 　　　　 　　　　//因為sample要使用state中的一個切換結果,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,我們也就實現了State的refactorying過程.

以上只是相當簡單的一個例項,在實際應用中,handlepush或handelpull的處理是複雜的.

狀態模式優點：
（1） 封裝轉換過程，也就是轉換規則
（2） 列舉可能的狀態，因此，需要事先確定狀態種類。

狀態模式可以允許客戶端改變狀態的轉換行為，而狀態機則是能夠自動改變狀態，狀態機是一個比較獨立的而且複雜的機制，具體可參考一個狀態機開源專案：http://sourceforge.net/projects/smframework/

狀態模式在工作流或遊戲等各種系統中有大量使用，甚至是這些系統的核心功能設計，例如政府OA中，一個批文的狀態有多種：未辦；正在辦理；正在批示；正在稽核；已經完成等各種狀態，使用狀態機可以封裝這個狀態的變化規則，從而達到擴充狀態時，不必涉及到狀態的使用者。

在網路遊戲中，一個遊戲活動存在開始；開玩；正在玩；輸贏等各種狀態，使用狀態模式就可以實現遊戲狀態的總控，而遊戲狀態決定了遊戲的各個方面，使用狀態模式可以對整個遊戲架構功能實現起到決定的主導作用。

狀態模式實質：
使用狀態模式前，客戶端外界需要介入改變狀態，而狀態改變的實現是瑣碎或複雜的。

使用狀態模式後，客戶端外界可以直接使用事件Event實現，根本不必關心該事件導致如何狀態變化，這些是由狀態機等內部實現。

這是一種Event-condition-State，狀態模式封裝了condition-State部分。

每個狀態形成一個子類，每個狀態只關心它的下一個可能狀態，從而無形中形成了狀態轉換的規則。如果新的狀態加入，只涉及它的前一個狀態修改和定義。

狀態轉換有幾個方法實現：一個在每個狀態實現next()，指定下一個狀態；還有一種方法，設定一個StateOwner，在StateOwner設定stateEnter狀態進入和stateExit狀態退出行為。

狀態從一個方面說明了流程，流程是隨時間而改變，狀態是擷取流程某個時間片。