java设计模式之状态模式

一、状态模式简介
在很多情况下，一个对象的行为取决于它的一个或多个变化的属性，这些属性我们称之为状态，这个对象称之为状态对象。对于状态对象而已，它的行为依赖于它的状态，比如你要预订房间，那么只有当该房间为空闲时你才能预订，你想入住该房间也只有当你预订了该房间或者该房间为空闲时。对于这样的一个对象，当它在于外部事件产生互动的时候，其内部状态就会发生改变，从而使得他的行为也随之发生改变。
那么何为状态模式呢？所谓状态模式就是允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。
状态模式，又称状态对象模式（Pattern of Objects for States），状态模式是对象的行为模式。
用一句话来表述，状态模式把所研究的对象的行为包装在不同的状态对象里，每一个状态对象都属于一个抽象状态类的一个子类。状态模式的意图是让一个对象在其内部状态改变的时候，其行为也随之改变。
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。
使用场景：
1、对象的行为依赖于它的状态（属性）并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。
2、代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。

二、示例演示
1、业务需求
考虑一个在线投票系统的应用，要实现控制同一个用户只能投一票，如果一个用户反复投票，而且投票次数超过5次，则判定为恶意刷票，要取消该用户投票的资格，当然同时也要取消他所投的票；如果一个用户的投票次数超过8次，将进入黑名单，禁止再登录和使用系统。
要使用状态模式实现，首先需要把投票过程的各种状态定义出来，根据以上描述大致分为四种状态：正常投票、反复投票、恶意刷票、进入黑名单。然后创建一个投票管理对象（相当于Context）。

2、定义抽象状态类并具体实现状态类

public interface VoteState {    /**     * 处理状态对应的行为     * user    投票人     * voteItem    投票项     * voteManager    投票上下文，用来在实现状态对应的功能处理的时候，     * 可以回调上下文的数据     */    public void vote(String user,String voteItem,VoteManager voteManager);}

具体状态类——正常投票

public class NormalVoteState implements VoteState {    @Override    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {        //正常投票，记录到投票记录中        voteManager.getMapVote().put(user, voteItem);        System.out.println("恭喜投票成功");    }}

具体状态类——重复投票

public class RepeatVoteState implements VoteState {    @Override    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {        //重复投票，暂时不做处理        System.out.println("请不要重复投票");    }}

具体状态类——恶意刷票

public class SpiteVoteState implements VoteState {    @Override    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {        // 恶意投票，取消用户的投票资格，并取消投票记录        String str = voteManager.getMapVote().get(user);        if(str != null){            voteManager.getMapVote().remove(user);        }        System.out.println("你有恶意刷屏行为，取消投票资格");    }}

具体状态类——黑名单

public class BlackVoteState implements VoteState {    @Override    public void vote(String user, String voteItem, VoteManager voteManager) {        //记录黑名单中，禁止登录系统        System.out.println("进入黑名单，将禁止登录和使用本系统");    }}

3、定义环境类

public class VoteManager {    //持有状体处理对象    private VoteState state = null;    //记录用户投票的结果，Map<String,String>对应Map<用户名称，投票的选项>    private Map<String,String> mapVote = new HashMap<String,String>();    //记录用户投票次数，Map<String,Integer>对应Map<用户名称，投票的次数>    private Map<String,Integer> mapVoteCount = new HashMap<String,Integer>();    /**     * 获取用户投票结果的Map     */    public Map<String, String> getMapVote() {        return mapVote;    }    /**     * 投票     * user    投票人     * voteItem    投票的选项     */    public void vote(String user,String voteItem){        //1.为该用户增加投票次数        //从记录中取出该用户已有的投票次数        Integer oldVoteCount = mapVoteCount.get(user);        if(oldVoteCount == null){            oldVoteCount = 0;        }        oldVoteCount += 1;        mapVoteCount.put(user, oldVoteCount);        //2.判断该用户的投票类型，就相当于判断对应的状态        //到底是正常投票、重复投票、恶意投票还是上黑名单的状态        if(oldVoteCount == 1){            state = new NormalVoteState();        }        else if(oldVoteCount > 1 && oldVoteCount < 5){            state = new RepeatVoteState();        }        else if(oldVoteCount >= 5 && oldVoteCount <8){            state = new SpiteVoteState();        }        else if(oldVoteCount > 8){            state = new BlackVoteState();        }        //然后转调状态对象来进行相应的操作        state.vote(user, voteItem, this);    }}

4、编写测试类

public class Client {    public static void main(String[] args) {                VoteManager vm = new VoteManager();        for(int i=0;i<9;i++){            vm.vote("chen","A");        }    }}

5、测试结果

恭喜投票成功请不要重复投票请不要重复投票请不要重复投票你有恶意刷屏行为，取消投票资格你有恶意刷屏行为，取消投票资格你有恶意刷屏行为，取消投票资格你有恶意刷屏行为，取消投票资格进入黑名单，将禁止登录和使用本系统

基于上例可以看出状态的转换基本上都是内部行为，主要在状态模式内部来维护。比如对于投票的人员，任何时候他的操作都是投票，但是投票管理对象的处理却不一定一样，会根据投票的次数来判断状态，然后根据状态去选择不同的处理。

三、总结
状态模式优缺点
优点：
1、封装了转换规则。
2、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。
3、将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
4、允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。
5、可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。
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。

3、状态模式对“开闭原则”的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态；而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。