状态模式-对象行为型

简介: 原理 允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。这个对象看起来似乎修改了它的类。 在很多情况下,一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性,这样的属性叫做状态,这样的对象叫做有状态的(stateful)对象,这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。

原理

允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。这个对象看起来似乎修改了它的类。

在很多情况下,一个对象的行为取决于一个或多个动态变化的属性,这样的属性叫做状态,这样的对象叫做有状态的(stateful)对象,这样的对象状态是从事先定义好的一系列值中取出的。当一个这样的对象与外部事件产生互动时,其内部状态就会改变,从而使得系统的行为也随之发生变化。

 

例子1:按钮来控制一个电梯的状态,一个电梯开们,关门,停,运行。每一种状态改变,都有可能要根据其他状态来更新处理。例如,开门状体,你不能在运行的时候开门,而是在电梯定下后才能开门。

例子2:我们给一部手机打电话,就可能出现这几种情况:用户开机,用户关机,用户欠费停机,用户消户等。 所以当我们拨打这个号码的时候:系统就要判断,该用户是否在开机且不忙状态,又或者是关机,欠费等状态。但不管是那种状态我们都应给出对应的处理操作。

 

组成

  状态模式所涉及到的角色有:

  ●  环境(Context)角色,也成上下文:定义客户端所感兴趣的接口,并且保留一个具体状态类的实例。这个具体状态类的实例给出此环境对象的现有状态。

  ●  抽象状态(State)角色:定义一个接口,用以封装环境(Context)对象的一个特定的状态所对应的行为。

  ●  具体状态(ConcreteState)角色:每一个具体状态类都实现了环境(Context)的一个状态所对应的行为。

在状态模式中,环境(Context)是持有状态的对象,但是环境(Context)自身并不处理跟状态相关的行为,而是把处理状态的功能委托给了状态对应的状态处理类来处理。

在具体的状态处理类中经常需要获取环境(Context)自身的数据,甚至在必要的时候会回调环境(Context)的方法,因此,通常将环境(Context)自身当作一个参数传递给具体的状态处理类。

客户端一般只和环境(Context)交互。客户端可以用状态对象来配置一个环境(Context),一旦配置完毕,就不再需要和状态对象打交道了。客户端通常不负责运行期间状态的维护,也不负责决定后续到底使用哪一个具体的状态处理对象。

 

优缺点

状态模式的优点:
1 ) 它将与特定状态相关的行为局部化,并且将不同状态的行为分割开来: State模式将所有与一个特定的状态相关的行为都放入一个对象中。因为所有与状态相关的代码都存在于某一个State子类中, 所以通过定义新的子类可以很容易的增加新的状态和转换。另一个方法是使用数据值定义内部状态并且让 Context操作来显式地检查这些数据。但这样将会使整个Context的实现中遍布看起来很相似的条件if else语句或switch case语句。增加一个新的状态可能需要改变若干个操作, 这就使得维护变得复杂了。State模式避免了这个问题, 但可能会引入另一个问题, 因为该模式将不同状态的行为分布在多个State子类中。这就增加了子类的数目,相对于单个类的实现来说不够紧凑。但是如果有许多状态时这样的分布实际上更好一些, 否则需要使用巨大的条件语句。正如很长的过程一样,巨大的条件语句是不受欢迎的。它们形成一大整块并且使得代码不够清晰,这又使得它们难以修改和扩展。 State模式提供了一个更好的方法来组织与特定状态相关的代码。决定状态转移的逻辑不在单块的 i f或s w i t c h语句中, 而是分布在State子类之间。将每一个状态转换和动作封装到一个类中,就把着眼点从执行状态提高到整个对象的状态。这将使代码结构化并使其意图更加清晰。

2) 它使得状态转换显式化: 当一个对象仅以内部数据值来定义当前状态时 , 其状态仅表现为对一些变量的赋值,这不够明确。为不同的状态引入独立的对象使得转换变得更加明确。而且, State对象可保证Context不会发生内部状态不一致的情况,因为从 Context的角度看,状态转换是原子的—只需重新绑定一个变量(即Context的State对象变量),而无需为多个变量赋值

3) State对象可被共享 如果State对象没有实例变量—即它们表示的状态完全以它们的类型来编码—那么各Context对象可以共享一个State对象。当状态以这种方式被共享时, 它们必然是没有内部状态, 只有行为的轻量级对象。

状态模式的缺点:
1) 状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
2) 状态模式的结构与实现都较为复杂,如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。

 

与其他相关模式的区别

1)职责链模式
职责链模式和状态模式都可以解决If分支语句过多,
从定义来看,状态模式是一个对象的内在状态发生改变(一个对象,相对比较稳定,处理完一个对象下一个对象的处理一般都已确定),
而职责链模式是多个对象之间的改变(多个对象之间的话,就会出现某个对象不存在的现在,就像我们举例的公司请假流程,经理可能不在公司情况),这也说明他们两个模式处理的情况不同。
这两个设计模式最大的区别就是状态模式是让各个状态对象自己知道其下一个处理的对象是谁。
而职责链模式中的各个对象并不指定其下一个处理的对象到底是谁,只有在客户端才设定。
用我们通俗的编程语言来说,就是
状态模式:
  相当于If else if else;
  设计路线:各个State类的内部实现(相当于If,else If内的条件)
  执行时通过State调用Context方法来执行。
职责链模式:
  相当于Swich case
  设计路线:客户设定,每个子类(case)的参数是下一个子类(case)。
  使用时,向链的第一个子类的执行方法传递参数就可以。
  就像对设计模式的总结,有的人采用的是状态模式,从头到尾,提前一定定义好下一个处理的对象是谁,而我采用的是职责链模式,随时都有可能调整链的顺序。

2) 策略模式:(状态模式是策略模式的孪生兄弟)
        状态模式和策略模式的实现方法非常类似,都是利用多态把一些操作分配到一组相关的简单的类中,因此很多人认为这两种模式实际上是相同的。
然而在现实世界中,策略(如促销一种商品的策略)和状态(如同一个按钮来控制一个电梯的状态,又如手机界面中一个按钮来控制手机)是两种完全不同的思想。当我们对状态和策略进行建模时,这种差异会导致完全不同的问题。例如,对状态进行建模时,状态迁移是一个核心内容;然而,在选择策略时,迁移与此毫无关系。另外,策略模式允许一个客户选择或提供一种策略,而这种思想在状态模式中完全没有。
       一个策略是一个计划或方案,通过执行这个计划或方案,我们可以在给定的输入条件下达到一个特定的目标。策略是一组方案,他们可以相互替换;选择一个策略,获得策略的输出。策略模式用于随不同外部环境采取不同行为的场合。我们可以参考微软企业库底层Object Builder的创建对象的strategy实现方式。而状态模式不同,对一个状态特别重要的对象,通过状态机来建模一个对象的状态;状态模式处理的核心问题是状态的迁移,因为在对象存在很多状态情况下,对各个business flow,各个状态之间跳转和迁移过程都是及其复杂的。
       例如一个工作流,审批一个文件,存在新建、提交、已修改、HR部门审批中、老板审批中、HR审批失败、老板审批失败等状态,涉及多个角色交互,涉及很多事件,这种情况下用状态模式(状态机)来建模更加合适;把各个状态和相应的实现步骤封装成一组简单的继承自一个接口或抽象类的类,通过另外的一个Context来操作他们之间的自动状态变换,通过event来自动实现各个状态之间的跳转。在整个生命周期中存在一个状态的迁移曲线,这个迁移曲线对客户是透明的。我们可以参考微软最新的WWF 状态机工作流实现思想。
      在状态模式中,状态的变迁是由对象的内部条件决定,外界只需关心其接口,不必关心其状态对象的创建和转化;
而策略模式里,采取何种策略由外部条件(C)决定。
      他们应用场景(目的)却不一样,State模式重在强调对象内部状态的变化改变对象的行为,Strategy模式重在外部对策略的选择,策略的选择由外部条件决定,
也就是说算法的动态的切换。但由于它们的结构是如此的相似,我们可以认为“状态模式是完全封装且自修改的策略模式”。即状态模式是封装对象内部的状态的,而策略模式是封装算法族的。

 

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