《图解设计模式》读书笔记8-3 STATE模式
State模式
State模式即状态模式，用类表示状态，通过切换类来方便地改变对象的状态。
示例程序
实现的功能
有一个金库和一个警报系统，金库里面有三个装置，根据时间变化，触发它们会产生不同的动作。
时间范围
白天：早上9点到下午5点
晚上：下午5点到第二天上午9点
三个装置
使用金库按钮：在白天使用，会在警报中心留下使用痕迹；在晚上使用，会触发警报中心的警铃。
警铃：在任何时候使用都会触发警报中心的警铃。
电话：在白天使用会拨通警报中心的电话；在晚上使用会给警报中心的电话留言。
不使用&使用状态模式对比
不使用状态模式
警报系统的类{
使用金库按钮方法(){
if (白天) {
在警报中心留下使用记录
} else if (晚上) {
触发警铃
}
}
警铃方法(){
报告紧急状态
}
电话方法(){
if (白天) {
拨通警报中心电话
} else if (晚上) {
给警报中心留言
}
}
}
使用状态模式
表示白天的状态类 {
使用金库按钮方法(){
在警报中心留下使用记录
}
警铃方法(){
报告紧急状态
}
电话方法(){
拨通警报中心电话
}
}
表示晚上的状态类 {
使用金库按钮方法(){
触发警铃
}
警铃方法(){
报告紧急状态
}
电话方法(){
给警报中心留言
}
}
在state模式中，用类表示状态，不需要用if else 来判断当前状态了。
示例程序的类图
代码
State接口
public interface State {
// 设置时间
void doClock(Context context, int hour);
// 使用金库按钮
void doUse(Context context);
// 按下警铃
void doAlarm(Context context);
// 正常通话
void doPhone(Context context);
}
Context接口
负责管理状态和做出响应处理的接口
public interface Context {
// 设置时间
void setClock(int hour);
// 改变状态
void changeState(State state);
// 联系警报中心
void callSecurityCenter(String msg);
// 在警报中心留下记录
void recordLog(String msg);
}
DayState类，表示白天的状态
doClock方法中，Context根据当前时间切换状态，利用单例模式避免浪费内存
public class DayState implements State {
private static DayState singleton = new DayState();
private DayState() { // 构造函数的可见性是private
}
public static State getInstance() { // 获取唯一实例
return singleton;
}
public void doClock(Context context, int hour) { // 设置时间
if (hour < 9 || 17 <= hour) {
context.changeState(NightState.getInstance());
}
}
public void doUse(Context context) { // 使用金库
context.recordLog("使用金库(白天)");
}
public void doAlarm(Context context) { // 按下警铃
context.callSecurityCenter("按下警铃(白天)");
}
public void doPhone(Context context) { // 正常通话
context.callSecurityCenter("正常通话(白天)");
}
public String toString() { // 显示表示类的文字
return "[白天]";
}
}
NightState类，表示晚上的状态
public class NightState implements State {
private static NightState singleton = new NightState();
private NightState() { // 构造函数的可见性是private
}
public static State getInstance() { // 获取唯一实例
return singleton;
}
public void doClock(Context context, int hour) { // 设置时间
if (9 <= hour && hour < 17) {
context.changeState(DayState.getInstance());
}
}
public void doUse(Context context) { // 使用金库
context.callSecurityCenter("紧急：晚上使用金库！");
}
public void doAlarm(Context context) { // 按下警铃
context.callSecurityCenter("按下警铃(晚上)");
}
public void doPhone(Context context) { // 正常通话
context.recordLog("晚上的通话录音");
}
public String toString() { // 显示表示类的文字
return "[晚上]";
}
}
SafeFrame类，实现Context接口的具体类
public class SafeFrame extends Frame implements ActionListener, Context {
private TextField textClock = new TextField(60); // 显示当前时间
private TextArea textScreen = new TextArea(10, 60); // 显示警报中心的记录
private Button buttonUse = new Button("use"); // 金库使用按钮
private Button buttonAlarm = new Button("alarm"); // 按下警铃按钮
private Button buttonPhone = new Button("phone"); // 正常通话按钮
private Button buttonExit = new Button("cancel"); // 结束按钮
private State state = DayState.getInstance(); // 当前的状态
// 构造函数
public SafeFrame(String title) {
super(title);
setBackground(Color.lightGray);
setLayout(new BorderLayout());
// 配置textClock
add(textClock, BorderLayout.NORTH);
textClock.setEditable(false);
// 配置textScreen
add(textScreen, BorderLayout.CENTER);
textScreen.setEditable(false);
// 为界面添加按钮
Panel panel = new Panel();
panel.add(buttonUse);
panel.add(buttonAlarm);
panel.add(buttonPhone);
panel.add(buttonExit);
// 配置界面
add(panel, BorderLayout.SOUTH);
// 显示
pack();
show();
// 设置监听器
buttonUse.addActionListener(this);
buttonAlarm.addActionListener(this);
buttonPhone.addActionListener(this);
buttonExit.addActionListener(this);
}
// 按钮被按下后该方法会被调用
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
System.out.println(e.toString());
if (e.getSource() == buttonUse) { // 金库使用按钮
state.doUse(this);
} else if (e.getSource() == buttonAlarm) { // 按下警铃按钮
state.doAlarm(this);
} else if (e.getSource() == buttonPhone) { // 正常通话按钮
state.doPhone(this);
} else if (e.getSource() == buttonExit) { // 结束按钮
System.exit(0);
} else {
System.out.println("?");
}
}
// 设置时间
public void setClock(int hour) {
String clockstring = "现在时间是";
if (hour < 10) {
clockstring += "0" + hour + ":00";
} else {
clockstring += hour + ":00";
}
System.out.println(clockstring);
textClock.setText(clockstring);
state.doClock(this, hour);
}
// 改变状态
public void changeState(State state) {
System.out.println("从" + this.state + "状态变为了" + state + "状态。");
this.state = state;
}
// 联系警报中心
public void callSecurityCenter(String msg) {
textScreen.append("call! " + msg + "\n");
}
// 在警报中心留下记录
public void recordLog(String msg) {
textScreen.append("record ... " + msg + "\n");
}
}
Main类
每隔1秒钟刷新一次时间并调用SafeFrame的setClock方法，如果当前时间所处区间发生了变化，则SafeFrame里面的state实例会被重新设置。因为点击按钮触发的方法是state的方法，所以点击按钮产生的效果会随着时间改变而改变。
public static void main(String[] args) {
SafeFrame frame = new SafeFrame("State Sample");
while (true) {
for (int hour = 0; hour < 24; hour++) {
frame.setClock(hour); // 设置时间
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
}
结果: 按下按钮后，根据时间不同会有不同的效果。
角色和类图
角色
- State(状态)
State角色表示状态，是具体状态抽象出来的接口。接口中的方法是：处理内容依赖于状态的API的集合。本例中，由State接口扮演此角色。
- ConcreteState(具体状态)
表示具体的状态，本例中由DayState和NightState扮演此角色。
- Context(上下文)
该角色持有表示当前状态的ConcreteState角色。此外它还定义了供外部调用者使用State模式的接口。
在本例中Context接口和SafeFrame类分担了这个角色。Context提供供外部调用者使用的State模式的接口，SafeFrame则持有ConcreteState角色。
类图
拓展思路
分而治之
分治法是解决复杂问题的利器，State模式就体现了分治法。如果状态非常多，则需要相当多的if else判断，这些条件和处理方法散落在系统各处，很难查找、理解和修改。状态模式将程序的状态部分从业务代码中剥离，把每个状态聚合成为一个类，大大降低了查找、理解和修改的难度。
依赖于状态的处理
在SafeFrame类中，setClock方法和actionPerformed方法都依赖于状态的处理，即根据状态执行的方法，都把方法委托给了状态类来处理。
如何实现依赖于状态的处理？
1.定义状态(State)接口，声明抽象方法。 2.定义多个具体的状态(ConcreteState)类，实现抽象方法。
这样，Context类内部只要保留有State的引用，调用抽象方法。此时方法就会根据不同的状态执行不同的结果了。
谁来管理状态迁移
在本例中，利用ConcreteState类来管理状态迁移，这样做有好有坏，好处是把状态迁移条件集中到了一个类里面，比如我们想知道什么时候由白天变成黑夜，只需要阅读白天的状态类代码即可。坏处是各个状态类的耦合度增加了。
也可以用Context类，结合Mediator模式管理各个状态之间的迁移，这样使得ConcreteState类直接更加独立。
也可以不使用State模式，使用状态迁移表来设计程序。
易于增加新状态
如果要增加新状态，只需要添加一个实现State接口的ConcreteState类即可，同时也要注意修改状态迁移代码。总的来说，比一个个修改if else强得多。
如果要增加新的状态处理方法则相对麻烦，需要在State接口中添加方法并在每个ConcreteState类中添加对应的实现方法，好在不会忘记：如果有的ConcreteState没有实现处理方法，编译都通不过。
实例的多面性
请注意SafeFrame中的两个语句
public SafeFrame(String title) {
...
buttonUse.addActionListener(this);
...
}
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
...
if (e.getSource() == buttonUse) {
state.doUse(this);
}
...
}
两个this，第一个表示ActionListener，第二个表示Context，因为SafeFrame实现了ActionListener和Context两个接口，所以它既是前者，也是后者。注意这里体现出来的实例的多面性。
