设计模式09-行为型模式2(状态模式/策略模式/Java)

5.4 状态模式

5.4.1 状态模式的定义

1.模式动机：有些对象具有多种状态，这些状态在某些情况下能够相互转换，对象在不同的状态下将具有不同的行为，将拥有状态的对象中和状态的行为分离。

2.模式定义：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类

5.4.2 状态模式的结构与分析

image-20241103155911551

  • 环境类是指拥有状态的对象，可以对状态进行切换。
  • 抽象状态类是具体状态类的父类，各状态的行为封装在具体的状态类中，对于客户端而言，无须关心对象状态的转换以及对象所处的当前状态，无论对于何种状态的对象，客户端都可以一致处理。
public abstract class State {
    public abstract void handle();
}

public class ConcreteState extends State{
    @Override
    public void handle() {

    }
}

public class Context {
    private State state;
    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }
    public void request() {
        state.handle();
    }
}
5.4.3 状态模式的案例

在某论坛系统中，用户可以发表留言，发表留言将增加积分；用户也可以回复留言，回复留言也将增加积分；用户还可以下载文件，下载文件将扣除积分。该系统用户分为三个等级，分别是新手、高手和专家，这三个等级对应三种不同的状态，这三种状态分别定义如下：

(1) 如果积分小于100分，则为新手状态，用户可以发表留言、回复留言，但是不能下载文件。如果积分大于等于1000分，则转换为专家状态；如果积分大于等于100分，则转换为高手状态。

(2) 如果积分大于等于100分但小于1000分，则为高手状态，用户可以发表留言、回复留言，还可以下载文件，而且用户在发表留言时可以获取双倍积分。积分小于100分，转换为新手状态；如果积分大于等于1000分，则转换为专家状态；如果下载文件后积分小于0，则不能下载该文件。

(3) 如果积分大于等于1000分，则为专家状态，用户可以发表留言、回复留言和下载文件，用户除了在发表留言时可以获取双倍积分外，下载文件只扣除所需积分的一半。积分小于100分，则转换为新手状态；积分小于1000分，但大于等于100，则转换为高手状态；如果下载文件后积分小于0，则不能下载该文件。

image-20241103165818020

由于上述类图将point放到了状态方面，不好理解，下面代码将point放到ForumAccount中

image-20241103170254317

public class ForumAccount {
    private String username;
    private State state;
    private int point;

    public ForumAccount(String username) {
        this.username = username;
        this.point = 0;
        this.state = new PrimaryState(this);
    }

    public void writeNote(int point) {
        state.writeNote(point);
    }
    public void replyNote(int point) {
        state.replyNote(point);
    }
    public void downloadNote(int point) {
        state.downloadNote(point);
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public State getState() {
        System.out.println(state.getStateName());
        return state;
    }

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

    public int getPoint() {
        return point;
    }

    public void setPoint(int point) {
        this.point = point;
    }

}

public abstract class State {
    protected ForumAccount forumAccount;
    protected String stateName;
    public State(ForumAccount forumAccount) {
        this.forumAccount = forumAccount;
    }
    public abstract void writeNote(int point);
    public abstract void replyNote(int point);
    public abstract void downloadNote(int point);
    public void updateState(int point) {
        if (point >= 1000) {
            forumAccount.setState(new HighState(forumAccount));
        } else if (point >= 100) {
            forumAccount.setState(new MiddleState(forumAccount));
        } else {
            forumAccount.setState(new PrimaryState(forumAccount));
        }
    }
    public String getStateName() {
        return stateName;
    }
}

public class PrimaryState extends State{
    public PrimaryState(ForumAccount forumAccount) {
        super(forumAccount);
        this.stateName = "新手级别";
    }

    @Override
    public void writeNote(int point) {
        System.out.println("新手版-写评论");
        forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() + point);
        updateState(forumAccount.getPoint());
    }

    @Override
    public void replyNote(int point) {
        System.out.println("新手版-回复评论");
        forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() + point);
        updateState(forumAccount.getPoint());
    }

    @Override
    public void downloadNote(int point) {
        System.out.println("新手状态-无法下载文件");
    }
}

public class MiddleState extends State{
    public MiddleState(ForumAccount forumAccount) {
        super(forumAccount);
        this.stateName = "高手级别";
    }

    @Override
    public void writeNote(int point) {
        System.out.println("高手版-写评论");
        forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() + point);
        updateState(forumAccount.getPoint());
    }

    @Override
    public void replyNote(int point) {
        System.out.println("高手版-回复评论");
        forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() + point * 2);
        updateState(forumAccount.getPoint());
    }

    @Override
    public void downloadNote(int point) {
        if (point > forumAccount.getPoint()) {
            System.out.println("积分不足，不能下载");
        } else {
            System.out.println("高手版-下载文件");
            forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() - point);
            updateState(forumAccount.getPoint());
        }
    }
}

public class HighState extends State {
    public HighState(ForumAccount forumAccount) {
        super(forumAccount);
        this.stateName = "专家级别";
    }

    @Override
    public void writeNote(int point) {
        System.out.println("专家版-写评论");
        forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() + point);
        updateState(forumAccount.getPoint());
    }

    @Override
    public void replyNote(int point) {
        System.out.println("专家版-回复评论");
        forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() + point * 2);
        updateState(forumAccount.getPoint());
    }

    @Override
    public void downloadNote(int point) {
        if (point / 2 > forumAccount.getPoint()) {
            System.out.println("积分不足，不能下载");
        } else {
            System.out.println("专家版-下载文件");
            forumAccount.setPoint(forumAccount.getPoint() - point / 2);
            updateState(forumAccount.getPoint());
        }
    }
}
5.4.4 状态模式的优缺点
优点缺点
1.封装了状态的转换规则，可以对状态转换代码进行集中管理，而不是需要冗长的if-else判断1.会增加系统中类和对象的个数，导致系统运行开销增大
2.将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，注入一个不同的状态对象即可使环境对象拥有不同行为2.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混乱，增加系统设计的难度
3.允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是提供一个巨大的条件语句块3.对开闭原则的支持并不太好
4.可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
5.4.5 状态模式的适用场景

  • 对象的行为依赖于它的状态（例如某些属性值），状态的改变将导致行为的变化

  • 在代码中包含大量与对象状态有关的条件语句，这些条件语句的出现会导致代码的可维护性和灵活性变差，不能方便地增加和删除状态，并且导致客户类与类库之间的耦合增强

5.5 策略模式

5.5.1 策略模式的定义

1.模式动机：解决某一问题的一个算法族，允许用户从该算法族中任选一个算法解决某一问题，同时可以方便地更换算法或者增加新的算法。

2.模式定义：定义一系列算法，将每一个算法封装起来，并让它们可以相互替换。

5.5.2 策略模式的结构与分析

image-20241103171555824

  • 它将每一个算法封装在一个称为具体策略的类中，同时为其提供统一的抽象策略类，而使用这些算法完成某一业务功能的类称为环境类。

  • 策略模式实现了算法定义和算法使用的分离，它通过继承和多态的机制实现对算法族的使用和管理，是一种简单易用的对象行为型模式。

  • 各算法是由客户端决定的，不是策略模式自己决定的。

public abstract class Strategy {
    public abstract void algorithm();
}
public class ConcreteStrategy extends Strategy{
    @Override
    public void algorithm() {
    }
}
public class Context {
    private Strategy strategy;

    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void request() {
        strategy.algorithm();
    }
}
5.5.3 策略模式的案例

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image-20241103172459035

public class Person {
    private String name;
    private TravelStrategy travelStrategy;
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setTravelStrategy(TravelStrategy travelStrategy) {
        this.travelStrategy = travelStrategy;
    }

    public void travel() {
        System.out.print(this.name);
        travelStrategy.travel();
    }
}

public interface TravelStrategy {
    public void travel();
}

public class TrainStrategy implements TravelStrategy{
    @Override
    public void travel() {
        System.out.println("乘坐火车去旅行");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TravelStrategy bean = (AirPlaneTravelStrategy) XMLUtil.getBean();
        Person person = new Person("xyx");
        person.setTravelStrategy(bean);
        person.travel();
    }
}
5.5.4 策略模式的优缺点
优点缺点
1.符合开闭原则，用户可以在不修改原有系统的基础上选择算法或行为，也可以灵活地增加新的算法或行为1.客户端必须知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略类
2.提供了管理相关的算法族的办法，避免多重条件选择语句2.将造成系统产生很多具体策略类
3.提供了一种可以替换继承关系的办法3.无法同时在客户端使用多个策略类
5.5.5 策略模式的适用场景

  • 一个系统需要动态地在几种算法中选择一种

  • 避免使用难以维护的多重条件选择语句

  • 不希望客户端知道复杂的、与算法相关的数据结构，提高算法的保密性与安全性

5.5.6 状态模式和策略模式的对比
状态模式策略模式
环境类状态个数多个状态，可以相互转化存在一个状态，一旦选择不能随意改变
环境类与状态类关系若环境类会影响状态的改变，为双向关联关系单向的关联关系
客户端无需知道具体状态，会根据行为自动切换需要知道所选策略
行为各状态下有多个行为一个行为的多种实现方式

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