设计模式——State(状态)模式

前言

考虑一个对象对于不同阶段，不同状态有不同的表现，如tcp连接的监听、建立和关闭。如果使用if else判断来处理将增大复杂度，甚至后续有新状态不利于代码解耦合。而State模式有利于解决这种情况。

1 定义

State(状态)模式：允许一个对象在其状态改变时改变自身行为。

2 适用性

• 一个对象的行为取决于它的状态，并且是根据它运行时状态改变它的行为。
• 一个操作有复杂的多分支条件语句，而且判断条件跟对象状态有关。

3 结构

3.1 结构图

State模式结构图如下：

3.2 参与者

• Context：环境，定义客户感兴趣的接口，维护一个_state变量，根据状态处理行为。
• State：状态，描述环境的状态，环境的行为具体是通过该接口的实现处理。
• ConcreteState：具体状态，环境目前的可能状态，定义具体的处理逻辑和转变情况。

4 应用举例

自定义一个模拟tcp状态转变实例。

4.1 State——TcpState

TcpState定义如下：

/**
 * tcp状态接口
 */
public interface TcpState {
    /**
     * 关闭连接
     */
    void close(TcpConnection tcpConnection);

    /**
     * 建立连接
     */
    void established(TcpConnection tcpConnection);

    /**
     * 监听状态
     */
    void listening(TcpConnection tcpConnection);
}

定义tcp状态的三个操作：监听、建立和关闭。

4.2 Context——TcpConnection

TcpConnection定义如下：

/**
 * tcp模拟类，存储连接信息
 */
@Data
public class TcpConnection {
    private TcpState tcpState;

    public void listen() {
        tcpState.listening(this);
    }

    public void establish() {
        tcpState.established(this);
    }

    public void close() {
        tcpState.close(this);
    }

}

内部维持一个指向当前状态的指针，具体行为均由状态处理。

4.3 ConcreteState——ListeningTcpState、EstablishedTcpState和CloseTcpState

这几个状态转换情况简化为下面图：

4.3.1 ListeningTcpState

定义如下：

/**
 * 监听状态类
 */
public class ListeningTcpState implements TcpState{
    @Override
    public void close(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("当前处于监听状态，不能关闭");
    }

    /**
     * 监听状态可以转换为建立状态
     * @param tcpConnection tcp连接信息存储类
     */
    @Override
    public void established(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("将进入建立状态");
        tcpConnection.setTcpState(new EstablishedTcpState());
    }

    @Override
    public void listening(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("当前处于监听状态");
    }
}

其中该状态下调用建立方法会转变为建立状态。

4.3.2 EstablishedTcpState

定义如下：

/**
 * 建立状态类
 */
public class EstablishedTcpState implements TcpState{
    /**
     * 建立状态可以转换为关闭状态
     * @param tcpConnection tcp状态信息存储类
     */
    @Override
    public void close(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("将进入关闭状态");
        tcpConnection.setTcpState(new CloseTcpState());
    }

    @Override
    public void established(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("当前处于建立状态");
    }

    @Override
    public void listening(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("不能转变为监听状态");
    }
}

该状态下调用关闭方法，会进入关闭状态。

4.3.3 CloseTcpState

定义如下：

/**
 * 关闭连接状态类
 */
public class CloseTcpState implements TcpState{
    @Override
    public void close(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("tcp已经连接关闭");
    }

    @Override
    public void established(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("当前处于关闭状态，不能建立");
    }

    /**
     * 关闭状态下可以转换为监听状态
     * @param tcpConnection tcp连接信息存储类
     */
    @Override
    public void listening(TcpConnection tcpConnection) {
        System.out.println("将进入监听状态");
        tcpConnection.setTcpState(new ListeningTcpState());
    }
}

该状态下调用监听方法会进入监听状态。

4.4 测试

测试demo：

运行结果：

5 总结

这个结构可能看上去与策略模式相似， 但不同点是——在状态模式中， 特定状态知道其他所有状态的存在， 这样才能实现从一个状态到另一个状态的转换； 策略模式的策略之间一般是相互孤立的。

参考文献

[1]. 《设计模式》