開發(fā)之路（設計模式十一：狀態(tài)模式）

Meils 發(fā)布于2019-08-15 12:24 / 3257人閱讀

摘要：重構舊代碼，取而代之方式是將動作委托給狀態(tài)類。注這個模式是將狀態(tài)封裝成為獨立地類，并將動作委托給代表當前狀態(tài)的對象。

通過改變對象內部狀態(tài)幫助對象控制行為

以一個簡單例子說明，假設我們要模擬制造一臺糖果機器，對方給你的機器流程圖如下

ok，我們現(xiàn)在簡單分析這張狀態(tài)圖，可將狀態(tài)提取出來：有硬幣，無硬幣，售出糖果，糖果售空四個狀態(tài)，行為動作提取出來：投入一個硬幣，退回一個硬幣，轉動曲柄，發(fā)放糖果四個行為，當然還有一些特殊情況，具體情況參考代碼

代碼如下（參考）

GumballMachine

public class GumballMachine {
    /**
     * 狀態(tài)模式 糖果機的狀態(tài)都用一個不同整數(shù)表示
     * 
     */
    final static int SOLD_OUT = 0;// 糖果售空
    final static int NO_QUARTER = 1;// 沒有投25分錢
    final static int HAS_QUARTER = 2;// 投了25分錢
    final static int SOLD = 3;// 糖果售出

    // 當前狀態(tài)
    int state = SOLD_OUT;
    // 用來追蹤糖果數(shù)量
    int count = 0;

    public GumballMachine(int count) {
        this.count = count;
        if (count > 0) {
            // 如果有糖果，機器變?yōu)闆]有投25分錢狀態(tài)（待購買狀態(tài)）
            state = NO_QUARTER;
        }
    }

    // 投入25分錢方法
    public void insertQuarter() {
        if (state == HAS_QUARTER) {
            System.out.println("已經(jīng)投過幣了，不能再投了");
        } else if (state == NO_QUARTER) {
            state = HAS_QUARTER;
            System.out.println("請投入一枚硬幣");
        } else if (state == SOLD_OUT) {
            System.out.println("不能再投幣了，機器已經(jīng)售空了");
        } else if (state == SOLD) {
            System.out.println("請稍等，正在為你出糖果");
        }
    }

    // 退出25分錢方法
    public void ejectQuarter() {
        // 1當客戶要退錢是
        if (state == HAS_QUARTER) {
            System.out.println("零錢退回");
            state = NO_QUARTER;// 進入沒投幣狀態(tài)
        } else if (state == NO_QUARTER) {
            System.out.println("你沒有投入硬幣");
        } else if (state == SOLD) {
            System.out.println("對不起，你已經(jīng)轉動了曲軸,無法退幣了");
        } else if (state == SOLD_OUT) {
            System.out.println("糖果售空，無法退幣");
        }
    }

    // 轉動曲軸方法(顧客)
    public void turnCrank() {
        if (state == HAS_QUARTER) {
            System.out.println("請轉動曲軸");
            state = SOLD;// 狀態(tài)變?yōu)槭鄢鰻顟B(tài)
            dispense();// 調用發(fā)放糖果方法
        } else if (state == SOLD) {
            System.out.println("轉動兩次也不給你糖果");
        } else if (state == NO_QUARTER) {
            System.out.println("請先投硬幣");
        } else if (state == SOLD_OUT) {
            System.out.println("機器售空");
        }

    }

    // 發(fā)放糖果方法
    private void dispense() {
        if (state == SOLD) {
            System.out.println("一包糖果出來了");
            count -= 1;
            // 當糖果數(shù)量0時候呢？
            if (count == 0) {
                System.out.println("哎呀，糖果售空了~~");
                state = SOLD_OUT;
            } else {
                state = NO_QUARTER;
            }
        } else if (state == NO_QUARTER) {
            System.out.println("你需要投入硬幣");
        } else if (state == SOLD_OUT) {
            System.out.println("沒有糖果了");
        } else if (state == HAS_QUARTER) {
            System.out.println("沒有糖果了");
        }
    }

    // 重寫toString()方法輸入糖果機信息
    @Override
    public String toString() {
        StringBuffer result = new StringBuffer();
        result.append("歡迎使用糖果機
");
        result.append("糖果數(shù)量:" + count + "
");
        result.append("當前糖果機狀態(tài)：" + state);
        return result.toString();
    }
}

TestMain

public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        // 裝了5個糖
        GumballMachine gumballMachine = new GumballMachine(5);
        System.out.println(gumballMachine + "
");// 打印糖果機信息

        gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        gumballMachine.turnCrank();// 轉動曲柄        
        System.out.println(gumballMachine + "
");// 打印糖果機信息

        gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        gumballMachine.ejectQuarter();// 要求退幣
        gumballMachine.turnCrank();// 轉動曲柄,拿不到糖果
        System.out.println(gumballMachine + "
");// 打印糖果機信息

        gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        gumballMachine.turnCrank();// 轉動曲柄(拿到糖果)
        gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        gumballMachine.turnCrank();// 轉動曲柄(拿到糖果)
        gumballMachine.ejectQuarter();// 要求機器退錢
        System.out.println(gumballMachine + "
");// 打印糖果機信息

        gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        gumballMachine.turnCrank();// 轉動曲柄(拿到糖果)
        // 下面開始壓力測試
        //gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        //gumballMachine.turnCrank();// 轉動曲軸
        //gumballMachine.insertQuarter();// 投入硬幣
        //gumballMachine.turnCrank();// 轉動曲軸
        System.out.println(gumballMachine + "
");// 打印糖果機信息
    }
}

效果圖（無壓力測試）

效果圖（壓力測試）

效果可以快速實現(xiàn)，但這樣的代碼顯然還有不足之處，假設有個新的需求:增加一個幸運用戶，就是購買者有10%的概率可以一次買到兩顆糖果，這又要如何實現(xiàn)呢？先看流程圖

按照之前的1.0代碼加新中獎者功能，顯然不合適，要在每個方法里寫入，顯然太麻煩，這里就需要重構代碼了。我們可以試著行為封裝起來,也可以把糖果機器具體一下.我們要做的是如下：
1、首先定義一個State接口，在這個接口內，糖果機的每個動作都有一個對應的方法。
2、然后為機器中的每個狀態(tài)實現(xiàn)類。這些類將負責在對應的狀態(tài)下進行機器的行為。
3、重構舊代碼，取而代之方式是將動作委托給狀態(tài)類。

具體實現(xiàn)請看代碼
結構圖

State

package Interface;

public interface State {

    /**
     * 將四種狀態(tài)抽象出來成基類
     */

    // 投入硬幣
    public void insertQuarter();

    // 退回硬幣
    public void ejectQuarter();

    // 轉動曲柄
    public void turnCrank();

    // 發(fā)放糖果
    public void dispense();
}

GumballMachine

package Machine;

public class GumballMachine {
    /**
     * 不在使用靜態(tài)整數(shù)，都是用對象
     * 
     */
    State soldOutState;// 糖果售空
    State noQuarterState;// 沒有投幣
    State hasQuarterState;// 投了幣
    State soldState;// 糖果售出
    State winnerState;// 中獎狀態(tài)
    // 當前狀態(tài),持有的是(糖果售空)對象
    State state = soldOutState;
    int count = 0;

    // numberGumball構造器取得糖果的初始數(shù)目后，并把它存放在一個實例變量中
    public GumballMachine(int numberGumballs) {
        soldOutState = new SoldOutState(this);
        noQuarterState = new NoQuarterState(this);
        hasQuarterState = new HasQuarterState(this);
        soldState = new SoldState(this);
        winnerState = new WinnerState(this);

        this.count = numberGumballs;
        if (numberGumballs > 0) {
            state = noQuarterState;
        }
    }

    /**
     * 機器的各個操作不在這里具體實現(xiàn)了 而是丟給接口，再讓具體實現(xiàn)類去實現(xiàn)接口
     */
    // 添加硬幣
    public void insertQuarter() {
        state.insertQuarter();
    }

    // 退出硬幣
    public void ejectQuarter() {
        state.ejectQuarter();
    }

    // 使用曲柄
    public void turnCrank() {
        state.turnCrank();
        state.dispense();
    }

    // 變化狀態(tài)
    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    // 糖果出貨
    public void releaseBall() {
        System.out.println("一包糖果出來了");
        if (count != 0) {
            count = count - 1;
        }
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }

    public State getState() {
        return state;
    }

    public State getSoldOutState() {
        return soldOutState;
    }

    public State getNoQuarterState() {
        return noQuarterState;
    }

    public State getHasQuarterState() {
        return hasQuarterState;
    }

    public State getSoldState() {
        return soldState;
    }

    public State getWinnerState() {
        return winnerState;
    }

    public String toString() {
        StringBuffer result = new StringBuffer();
        result.append("歡迎使用糖果機
");
        result.append("糖果數(shù)量:" + count + "
");
        result.append("當前糖果機狀態(tài): " + state + "
");
        return result.toString();
    }
}

各個行為類實現(xiàn)
HasQuarterState

package State_Implements;

public class HasQuarterState implements State {
    /**
     * 投幣的實現(xiàn)類
     * 
     * @param gumballMachine
     */
    // 增加一個隨機數(shù)產(chǎn)生器，10%機會
    Random randomWinner = new Random(System.currentTimeMillis());
    GumballMachine gumballMachine;

    public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    public void insertQuarter() {
        System.out.println("你已經(jīng)投過幣了，不能再投了");
    }

    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("硬幣退出");
        // 退出硬幣后，狀態(tài)變?yōu)闆]有硬幣（待購買）狀態(tài)
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
    }

    public void turnCrank() {
        System.out.println("轉動.....");
        int winner = randomWinner.nextInt(10);// 產(chǎn)生0-9隨機數(shù),當是0并且還有糖果的時候中獎了
        if ((winner == 0) && (gumballMachine.getCount() > 1)) {
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getWinnerState());
        } else {
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldState());
        }
    }

    public void dispense() {
        System.out.println("沒有糖果出來");
    }

    public String toString() {
        return "等待使用曲柄";
    }
}

NoQuarterState

package State_Implements;
/**
 * 沒有投幣狀態(tài)實現(xiàn)，
 * 都通通要實現(xiàn)狀態(tài)基類
 * @author Joy
 *
 */
public class NoQuarterState implements State {
    GumballMachine gumballMachine;
 
    public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
 
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("你投了一個硬幣");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState());
    }
 
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("你沒有投幣，無法退幣~~");
    }
 
    public void turnCrank() {
        System.out.println("你沒有投幣，無法繼續(xù)~~");
     }
 
    public void dispense() {
        System.out.println("你需要投幣才能買糖果");
    } 
 
    public String toString() {
        return "正在運營";
    }
}

SoldOutState

package State_Implements;

/**
 * 售空狀態(tài)
 * 
 * @author Joy
 * 
 */
public class SoldOutState implements State {
    GumballMachine gumballMachine;
 
    public SoldOutState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
 
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("抱歉，你不能在投幣了，糖果售空了");

    }
 
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("抱歉，糖果售空，無法退幣");
    }
 
    public void turnCrank() {
        System.out.println("抱歉，轉動曲柄無效，糖果售空了");

    }
 
    public void dispense() {
        System.out.println("糖果售空了");
    }
 
    public String toString() {
        return "糖果售空";
    }
}

SoldState

package State_Implements;
/**
 * 賣出糖果狀態(tài)
 * 
 * @author Joy
 * 
 */
public class SoldState implements State {
    GumballMachine gumballMachine;
 
    public SoldState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
       
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("請稍等，糖果正出貨");
    }
 
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("抱歉，你已使用曲柄，無法退幣");
    }
 
    public void turnCrank() {
        System.out.println("曲柄不可重復使用");
    }
 
    public void dispense() {
        // 調用糖果出貨方法
        gumballMachine.releaseBall();
        if (gumballMachine.getCount() > 0) {
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
        } else {
            System.out.println("哎呀，糖果售空了");
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());
        }
    }
 
    public String toString() {
        return "一個糖果已出貨";
    }
}

WinnerState

package State_Implements;
public class WinnerState implements State {
    GumballMachine gumballMachine;
 
    public WinnerState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }
 
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("不能投幣");
    }
 
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("不能投幣");
    }
 
    public void turnCrank() {
        System.out.println("不能使用曲柄");
    }
 
    public void dispense() {
        System.out.println("恭喜中獎了，你得到兩個糖果~~");
        gumballMachine.releaseBall();
        // 此時糖果機器里只有一顆時候，那么第二顆就出不來，狀態(tài)變?yōu)槭劭諣顟B(tài)
        if (gumballMachine.getCount() == 0) {
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());
        } else {
            gumballMachine.releaseBall();
            if (gumballMachine.getCount() > 0) {
                gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
            } else {
                System.out.println("哎呀，糖果售空了");
                gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());
            }
        }
    }
 
    public String toString() {
        return "你是中獎者，得到兩個糖果";
    }
}

GumballMachineTestDrive 測試類

package TestMain;

import Machine.GumballMachine;

public class GumballMachineTestDrive {

    public static void main(String[] args) {
        // 一開始5顆糖
        GumballMachine gumballMachine = new GumballMachine(5);
        System.out.println(gumballMachine + "
");

        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
        System.out.println(gumballMachine + "
");// 輸出狀態(tài)

        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
        System.out.println(gumballMachine + "
");// 輸出狀態(tài)
    }
}

效果圖

狀態(tài)模式定義：允許對象在內部狀態(tài)改變時改變它的行為，對象看起來好像修改了它的類。
注：這個模式是將狀態(tài)封裝成為獨立地類，并將動作委托給代表當前狀態(tài)的對象。

狀態(tài)模式類圖如下，后來本人在回顧時發(fā)現(xiàn)狀態(tài)模式和策略模式類圖很相似，有興趣朋友可以將兩者去比較不同

感謝你看到這里，狀態(tài)模式到這里就結束了，本人文筆隨便，若有不足或錯誤之處望給予指點，90度彎腰~~~很快我會發(fā)布下一個設計模式的內容，生命不息，編程不止！

參考書籍：《Head First 設計模式》

云服務器 GPU云服務器狀態(tài)模式 java狀態(tài)模式代碼開發(fā)模式更改開發(fā)模式

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