我所知道设计模式之状态模式

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前言介绍


接下里介绍的是Java 的设计模式之一:状态模式

我们还是以一个问题进行展开,引入状态模式

我们现在有一个抽奖APP需要编写

请编写程序完成 APP 抽奖活动 具体要求如下:

活动有四个状态: 可以抽奖、不能抽奖、发放奖品和奖品领完

每参加一次这个活动要扣除用户 50 积分,中奖概率是 10%

奖品数量固定,数量抽完就不能抽奖

image.png

请问你怎么制作这个程序?

我们推荐你使用状态模式

一、什么是状态模式

状态模式(State Pattern):它主要用来解决对象在多种状态转换时,需要对外输出不同的行为的问题。

状态和行为是一一对应的,状态之间可以相互转换

当一个对象的内在状态改变时,允许改变其行为,这个对象看起来像是改变了其类

状态模式原理类图

image.png

状态模式下的角色及职责

Context:类为环境角色用于维护 State 实例,这个实例定义当前状态

State:是抽象状态角色,定义一个接口封装与 Context 的一个特点接口相关行为

ConcreteState:具体的状态角色,每个子类实现一个与 Context 的一个状态相关行为

二、使用状态模式解决问题

image.png

接下来我们根据思路,创建不同状态的抽象类

/**
 *状态抽象类
 *@author Administrator
 *
 */
abstract class State {

    // 扣除积分 - 50
    public abstract void deductMoney();

    // 是否抽中奖品
    public abstract boolean raffle();

    // 发放奖品
    public abstract void dispensePrize();
}

接下里根据思路创建不同状态具体子类(可抽、不可抽、发放、发完)

/**
 * 可以抽奖的状态
 *
 * @author Administrator
 */
class CanRaffleState extends State {

    //已经扣除了积分,不能再扣
    @Override
    public void deductMoney() {
        System.out.println("已经扣取过了积分");
    }

    //可以抽奖, 抽完奖后,根据实际情况,改成新的状态
    @Override
    public boolean raffle() {
        System.out.println("正在抽奖,请稍等!");
    }

    // 不能发放奖品
    @Override
    public void dispensePrize() {
        System.out.println("没中奖,不能发放奖品");
    }
}
/**
 * 不能抽奖状态
 *
 * @author Administrator
 */
class NoRaffleState extends State {

    // 当前状态可以扣积分 , 扣除后,将状态设置成可以抽奖状态
    @Override
    public void deductMoney() {
        System.out.println("扣除 50 积分成功,您可以抽奖了");
    }

    // 当前状态不能抽奖
    @Override
    public boolean raffle() {
        System.out.println("扣了积分才能抽奖喔!");
        return false;
    }

    // 当前状态不能发奖品
    @Override
    public void dispensePrize() {
        System.out.println("不能发放奖品");
    }
}
/**
 * 发放奖品的状态
 *
 * @author Administrator
 */
class DispenseState extends State {

    @Override
    public void deductMoney() {
        System.out.println("不能扣除积分");
    }

    @Override
    public boolean raffle() {
        System.out.println("不能抽奖");
        return false;
    }

    //发放奖品 @Override
    public void dispensePrize() {
        System.out.println("正在发送奖品中.....");
    }
}
/**
 * 奖品发放完毕状态
 * 说明,当我们 activity 改变成 DispenseOutState, 抽奖活动结束
 *
 * @author Administrator
 */
class DispenseOutState extends State {

    @Override
    public void deductMoney() {
        System.out.println("奖品发送完了,请下次再参加");
    }

    @Override
    public boolean raffle() {
        System.out.println("奖品发送完了,请下次再参加");
        return false;
    }

    @Override
    public void dispensePrize() {
        System.out.println("奖品发送完了,请下次再参加");
    }
}

接下来我们根据思路,创建一个活动类管理不同的状态,同时初始化奖品数量、与初始化为不可抽奖的状态

/**
 * 抽奖活动
 *
 * @author Administrator
 */
class RaffleActivity {

    // state 表示活动当前的状态,是变化
    State state = null;
    
    // 奖品数量
    int count = 0;

    //构造器
    //1. 初始化当前的状态为 noRafflleState(即不能抽奖的状态)
    //2. 初始化奖品的数量
    public RaffleActivity(int count) {
        this.count = count;
    }

    //扣分, 调用当前状态的 deductMoney
    public void debuctMoney() {
        state.deductMoney();
    }

    //抽奖
    public void raffle() {
        // 如果当前的状态是抽奖成功
        if (state.raffle()) {
            //领取奖品
            state.dispensePrize();
        }
    }
    public State getState() {
        return state;
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    //这里请大家注意,每领取一次奖品,count-- 
    public int getCount() {
        int curCount = count;
        count--;
        return curCount;
    }

    public void setCount(int count) {
        this.count = count;
    }
}

接下里我们使不同的状态类与活动类进行关联(可抽、不可抽、发放、发完)

/**
 * 可以抽奖的状态
 *
 * @author Administrator
 */
class CanRaffleState extends State {

    RaffleActivity activity;

    public CanRaffleState(RaffleActivity activity) {
        this.activity = activity;
    }

    //已经扣除了积分,不能再扣
    @Override
    public void deductMoney() {
        System.out.println("已经扣取过了积分");
    }

    //可以抽奖, 抽完奖后,根据实际情况,改成新的状态
    @Override
    public boolean raffle() {
        System.out.println("正在抽奖,请稍等!");
        Random r = new Random();
        int num = r.nextInt(10);
        // 10%中奖机会
        if (num == 0) {
            // 改 变 活 动 状 态 为 发 放 奖 品 context
            activity.setState(activity.getDispenseState());
            return true;
        } else{
            System.out.println("很遗憾没有抽中奖品!");
            // 改变状态为不能抽奖
            activity.setState(activity.getNoRafflleState());
            return false;
        }
    }

    // 不能发放奖品
    @Override
    public void dispensePrize() {
        System.out.println("没中奖,不能发放奖品");
    }
}
/**
 * 不能抽奖状态
 *
 * @author Administrator
 */
class NoRaffleState extends State {

    // 初始化时传入活动引用,扣除积分后改变其状态
    RaffleActivity activity;

    public NoRaffleState(RaffleActivity activity) {
        this.activity = activity;
    }

    // 当前状态可以扣积分 , 扣除后,将状态设置成可以抽奖状态
    @Override
    public void deductMoney() {
        System.out.println("扣除 50 积分成功,您可以抽奖了");
        activity.setState(activity.getCanRaffleState());
    }


    // 当前状态不能抽奖
    @Override
    public boolean raffle() {
        System.out.println("扣了积分才能抽奖喔!");
        return false;
    }

    // 当前状态不能发奖品
    @Override
    public void dispensePrize() {
        System.out.println("不能发放奖品");
    }
}
/**
 * 发放奖品的状态
 *
 * @author Administrator
 */
class DispenseState extends State {

    // 初始化时传入活动引用,发放奖品后改变其状态
    RaffleActivity activity;

    public DispenseState(RaffleActivity activity) {
        this.activity = activity;
    }

    @Override
    public void deductMoney() {
        System.out.println("不能扣除积分");
    }


    @Override
    public boolean raffle() {
        System.out.println("不能抽奖");
        return false;
    }

    //发放奖品
    @Override
    public void dispensePrize() {
        if (activity.getCount() > 0) {
            System.out.println("恭喜中奖了");
            // 改变状态为不能抽奖
            activity.setState(activity.getNoRafflleState());
        } else {
            System.out.println("很遗憾,奖品发送完了");
            // 改变状态为奖品发送完毕, 后面我们就不可以抽奖
            activity.setState(activity.getDispensOutState());
            System.out.println("抽奖活动结束");
            System.exit(0);
        }
    }
}
/**
 * 奖品发放完毕状态
 * 说明,当我们 activity 改变成 DispenseOutState, 抽奖活动结束
 *
 * @author Administrator
 */
class DispenseOutState extends State {

    // 初始化时传入活动引用
    RaffleActivity activity;

    public DispenseOutState(RaffleActivity activity) {
        this.activity = activity;
    }
    //省略其他关键性代码.....
}

而活动订单则引入四种不同的状态,并且完成初始化

/**
 * 抽奖活动 //
 *
 * @author Administrator
 */
class RaffleActivity {

    //省略其他关键性代码.....
    
    // 四个属性,表示四种状态
    State noRafflleState = new NoRaffleState(this);
    State canRaffleState = new CanRaffleState(this);
    State dispenseState = new DispenseState(this);
    State dispensOutState = new DispenseOutState(this);

    //构造器
    //1. 初始化当前的状态为 noRafflleState(即不能抽奖的状态)
    //2. 初始化奖品的数量
    public RaffleActivity(int count) {
        this.state = getNoRafflleState();
        this.count = count;
    }

    public State getNoRafflleState() {
        return noRafflleState;
    }

    public void setNoRafflleState(State noRafflleState) {
        this.noRafflleState = noRafflleState;
    }

    public State getCanRaffleState() {
        return canRaffleState;
    }

    public void setCanRaffleState(State canRaffleState) {
        this.canRaffleState = canRaffleState;
    }

    public State getDispenseState() {
        return dispenseState;
    }

    public void setDispenseState(State dispenseState) {
        this.dispenseState = dispenseState;
    }

    public State getDispensOutState() {
        return dispensOutState;
    }

    public void setDispensOutState(State dispensOutState) {
        this.dispensOutState = dispensOutState;
    }
}

接下来我们使用demo,体会一下这种设计模式下的抽奖活动

public static void main(String[] args) {

    // 创建活动对象,奖品有 1 个奖品
    RaffleActivity activity = new RaffleActivity(1);

    // 我们连续抽 300 次奖
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        System.out.println("--------第" + (i + 1) + "次抽奖----------");
        // 参加抽奖,第一步点击扣除积分
        activity.debuctMoney();

        // 第二步抽奖
        activity.raffle();
    }
}
运行结果如下:
--------第1次抽奖----------
扣除 50 积分成功,您可以抽奖了
正在抽奖,请稍等!
很遗憾没有抽中奖品!
--------第2次抽奖----------
扣除 50 积分成功,您可以抽奖了
正在抽奖,请稍等!
很遗憾没有抽中奖品!
--------第3次抽奖----------
扣除 50 积分成功,您可以抽奖了
正在抽奖,请稍等!
很遗憾没有抽中奖品!

三、通过项目体会状态模式

现在有一个借贷平台,他的订单有审核-发布-抢单等等步骤,随着操作的不同,会改变订单的状态, 项目中的这个模块实现就会使用到状态模式

我们先看看借贷平台的订单流程是怎么样的呢?

image.png

有不同的审核情况

订单生成后,进行审核,通过后发布,2小时后并没有人接单则直接结束

订单生成后,进行审核,审核不通过,则直接结束

订单生成后,进行审核,通过后发布,2小时内有人接单则进入待付款状态

  • 待付款操作,进行付款,完成反馈,结束订单
  • 待付款操作,有人付款成功,则其他人再接到这个订单,则失败

根据订单流程,我们再设计一张横纵坐标表示关系

image.png

使用状态模式下的原理类图

image.png

接下来根据思路,我们创建接口存放不同的状态方法

/**
 *状态接口
 *@author Administrator
 *
 */
interface State {

    //电审
    void checkEvent(Context context);

    //电审核失败
    void checkFailEvent(Context context);

    //定价发布
    void makePriceEvent(Context context);

    //接 单
    void acceptOrderEvent(Context context);

    //无人接单失效
    void notPeopleAcceptEvent(Context context);

    //付 款
    void payOrderEvent(Context context);

    //接单有人支付失效
    void orderFailureEvent(Context context);

    //反 馈
    void feedBackEvent(Context context);

    String getCurrentState();
}

接下里我们根据思路创建抽象类,对接口实现默认空方法

abstract class AbstractState implements State {

    protected static final RuntimeException EXCEPTION = new RuntimeException("操作流程不允许");

    //抽象类,默认实现了 State 接口的所有方法
    //该类的所有方法,其子类(具体的状态类),可以有选择的进行重写
    @Override
    public void checkEvent(Context context) {throw EXCEPTION; }

    @Override
    public void checkFailEvent(Context context) { throw EXCEPTION;}

    @Override
    public void makePriceEvent(Context context) { throw EXCEPTION;}

    @Override
    public void acceptOrderEvent(Context context) { throw EXCEPTION;}

    @Override
    public void notPeopleAcceptEvent(Context context) {throw EXCEPTION;}

    @Override
    public void payOrderEvent(Context context) {throw EXCEPTION; }

    @Override
    public void orderFailureEvent(Context context) {throw EXCEPTION;}

    @Override
    public void feedBackEvent(Context context) { throw EXCEPTION; }
}

接下来我们根据思路,让各种状态的实现类实现各自不同的状态

//已完结状态
class FeedBackState extends AbstractState {

    @Override
    public String getCurrentState() {
        return StateEnum.FEED_BACKED.getValue();
    }
}
//订单生成状态
class GenerateState extends AbstractState {

    @Override
    public void checkEvent(Context context) {
        context.setState(new ReviewState());
    }
    @Override
    public void checkFailEvent(Context context) {
        context.setState(new FeedBackState());
    }
    @Override
    public String getCurrentState() {
        return StateEnum.GENERATE.getValue();
    }
}
//待付款状态
class NotPayState extends AbstractState {

    @Override
    public void payOrderEvent(Context context) {
        context.setState(new PaidState());
    }
    @Override
    public void feedBackEvent(Context context) {
        context.setState(new FeedBackState());
    }
    @Override
    public String getCurrentState() {
        return StateEnum.NOT_PAY.getValue();
    }
}
//支付状态
class PaidState extends AbstractState {

    @Override
    public void feedBackEvent(Context context) {
        context.setState(new FeedBackState());
    }
    @Override
    public String getCurrentState() {
        return StateEnum.PAID.getValue();
    }
}
//发布状态
class PublishState extends AbstractState {

    @Override
    public void acceptOrderEvent(Context context) {
        //把当前状态设置为    NotPayState。。。
        //至于应该变成哪个状态,有流程图来决定
        context.setState(new NotPayState());
    }
    @Override
    public void notPeopleAcceptEvent(Context context) {
        context.setState(new FeedBackState());
    }
    @Override
    public String getCurrentState() {
        return StateEnum.PUBLISHED.getValue();
    }
}
//已审核状态
class ReviewState extends AbstractState {

    @Override
    public void makePriceEvent(Context context) {
        context.setState(new PublishState());
    }

    @Override
    public String getCurrentState() {
        return StateEnum.REVIEWED.getValue();
    }
}

接下来根据思路,创建环境上下文管理所有状态

//环境上下文
class Context extends AbstractState {

    //当前的状态 state, 根据我们的业务流程处理,不停的变化
    private State state;

    @Override
    public void checkEvent(Context context) {
        state.checkEvent(this);
        getCurrentState();
    }
    @Override
    public void checkFailEvent(Context context) {
        state.checkFailEvent(this);
        getCurrentState();
    }
    @Override
    public void makePriceEvent(Context context) {
        state.makePriceEvent(this);
        getCurrentState();
    }

    @Override
    public void acceptOrderEvent(Context context) {
        state.acceptOrderEvent(this);
        getCurrentState();
    }

    @Override
    public void notPeopleAcceptEvent(Context context) {
        state.notPeopleAcceptEvent(this);
        getCurrentState();
    }

    @Override
    public void payOrderEvent(Context context) {
        state.payOrderEvent(this);
        getCurrentState();
    }

    @Override
    public void orderFailureEvent(Context context) {
        state.orderFailureEvent(this);
        getCurrentState();
    }

    @Override
    public void feedBackEvent(Context context) {
        state.feedBackEvent(this);
        getCurrentState();
    }

    public State getState() {return state;}
    public void setState(State state) { this.state = state;}

    @Override
    public String getCurrentState() {
        System.out.println("当前状态 : " + state.getCurrentState());
        return state.getCurrentState();
    }
}

同时我们使用枚举的方式连接状态类

/**
 *状态枚举类
 *@author Administrator
 *
 */
enum StateEnum {

    //订单生成
    GENERATE(1, "GENERATE"),

    //已审核
    REVIEWED(2, "REVIEWED"),

    //已发布
    PUBLISHED(3, "PUBLISHED"),

    //待付款
    NOT_PAY(4, "NOT_PAY"),

    //已付款
    PAID(5, "PAID"),

    //已完结
    FEED_BACKED(6, "FEED_BACKED");
    private int key;
    private String value;

    StateEnum(int key, String value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    public int getKey() {return key;}
    public String getValue() {return value; }
}

接下来我们使用demo ,体会状态模式下的借贷平台的状态机制

public static void main(String[] args) {
     //创建 context 对象
     Context context = new Context();

     //将当前状态设置为 PublishState
     context.setState(new PublishState());

     //将publish状态改为 --> not pay状态
     context.acceptOrderEvent(context);
     //将not pay 状态改为--> paid状态
     context.payOrderEvent(context);
}
运行结果如下:
当前状态 : NOT_PAY
当前状态 : PAID

四、状态模式的注意事项和细节


代码有很强的可读性。状态模式将每个状态的行为封装到对应的一个类中

方便维护。将容易产生问题的 if-else 语句删除了,如果把每个状态的行为都放到一个类中,每次调用方法时都要判断当前是什么状态,不但会产出很多 if-else 语句,而且容易出错

符合“开闭原则”。容易增删状态

但是会产生很多类,每个状态都要一个对应的类,当状态过多时会产生很多类,加大维护难度

应用场景:当一个事件或者对象有很多种状态,状态之间会相互转换,对不同的状态要求有不同的行为的时候, 可以考虑使用状态模式

参考资料


尚硅谷:设计模式(韩顺平老师):备忘录模式

Refactoring.Guru:《深入设计模式》

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