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设计模式(29)之状态模式

2021-12-08 16:02:17 作者：互联网

一、APP活动抽奖问题

请编写程序完成APP抽奖活动具体要求如下:

假如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，抽完就不能抽奖；
活动有四个状态: 可以抽奖、不能抽奖、发放奖品和奖品领完；
活动的四个状态转换关系图，如下图：

二、状态模式

2.1前言

在软件开发过程中，应用程序中的部分对象可能会根据不同的情况做出不同的行为，我们把这种对象称为有状态的对象，而把影响对象行为的一个或多个动态变化的属性称为状态。当有状态的对象与外部事件产生互动时，其内部状态就会发生改变，从而使其行为也发生改变。如人都有高兴和伤心的时候，不同的情绪有不同的行为，当然外界也会影响其情绪变化。

对这种有状态的对象编程，传统的解决方案是：将这些所有可能发生的情况全都考虑到，然后使用 if-else 或 switch-case 语句来做状态判断，再进行不同情况的处理。但是显然这种做法对复杂的状态判断存在天然弊端，条件判断语句会过于臃肿，可读性差，且不具备扩展性，维护难度也大。且增加新的状态时要添加新的 if-else 语句，这违背了“开闭原则”，不利于程序的扩展。

以上问题如果采用“状态模式”就能很好地得到解决。状态模式的解决思想是：当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂时，把相关“判断逻辑”提取出来，用各个不同的类进行表示，系统处于哪种情况，直接使用相应的状态类对象进行处理，这样能把原来复杂的逻辑判断简单化，消除了 if-else、switch-case 等冗余语句，代码更有层次性，并且具备良好的扩展力。

2.2状态模式介绍

状态（State）模式的定义：对有状态的对象，把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为；

状态模式是一种对象行为型模式，其主要优点如下。

结构清晰，状态模式将与特定状态相关的行为局部化到一个状态中，并且将不同状态的行为分割开来，满足“单一职责原则”。
将状态转换显示化，减少对象间的相互依赖。将不同的状态引入独立的对象中会使得状态转换变得更加明确，且减少对象间的相互依赖。
状态类职责明确，有利于程序的扩展。通过定义新的子类很容易地增加新的状态和转换。

状态模式的主要缺点如下。

状态模式的使用必然会增加系统的类与对象的个数。
状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当会导致程序结构和代码的混乱。
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要修改对应类的源码。

2.3结构模式的实现类图

状态模式把受环境改变的对象行为包装在不同的状态对象里，其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。现在我们来分析其基本结构和实现方法。

状态模式包含以下主要角色。

环境类（Context）角色：也称为上下文，它定义了客户端需要的接口，内部维护一个当前状态，并负责具体状态的切换。
抽象状态（State）角色：定义一个接口，用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为，可以有一个或多个行为。
具体状态（Concrete State）角色：实现抽象状态所对应的行为，并且在需要的情况下进行状态切换。

2.4利用状态模式解决APP活动抽奖问题

具体代码实现如下，抽象一个状态类，里面分别有，扣除积分、是否抽中奖、发放奖品的方法，每个状态对于这些操作的实现个不同；

/**
 * 状态抽象类
 *
 * @author Administrator
 */
public 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();

}

然后就是对应具体的状态类实现；

/**
 * 不能抽奖状态
 *
 * @author Administrator
 */
public 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
 */
public 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
 */
public class DispenseOutState extends State {

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

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

    @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");
    }
}

/**
 * 可以抽奖的状态
 *
 * @author Administrator
 */
public 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");
    }
}

然后就是具体的活动类：

/**
 * 抽奖活动 //
 *
 * @author Administrator
 */
public 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;

    // 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;
    }

    //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;
    }

    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;
    }
}

客户端调用：

/**
 * 状态模式测试类
 *
 * @author Administrator
 */
public class ClientTest {

    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 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 < 30; 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：

"C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\bin\java.exe" "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.2.3\lib\idea_rt.jar=51107:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.2.3\bin" -Dfile.encoding=GBK -classpath "D:\yingzi\study\源码\B站设计模式课件\源码笔记课件\代码\DesignPattern\bin;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\access-bridge-32.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_151\jre\lib\rt.jar;D:\yingzi\study\源码\B站设计模式课件\源码笔记课件\代码\DesignPattern\src\com\atguigu\proxy\cglib\asm-commons.jar;D:\yingzi\study\源码\B站设计模式课件\源码笔记课件\代码\DesignPattern\src\com\atguigu\proxy\cglib\asm-tree.jar;D:\yingzi\study\源码\B站设计模式课件\源码笔记课件\代码\DesignPattern\src\com\atguigu\proxy\cglib\asm.jar;D:\yingzi\study\源码\B站设计模式课件\源码笔记课件\代码\DesignPattern\src\com\atguigu\proxy\cglib\cglib-2.2.jar" com.atguigu.state.ClientTest
--------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！
--------第4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5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6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7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8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9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10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11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12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13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14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15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16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17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18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19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20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21次抽奖----------
扣除50积分成功，您可以抽奖了
正在抽奖，请稍等！
恭喜中奖了
--------第22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23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24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25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26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27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28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29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30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！

进程已结束,退出代码0

2.5状态模式的注意事项和实现细节

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；
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；

标签：奖品,抽奖,状态,29,模式,50,----------,设计模式,public
来源： https://blog.csdn.net/jokeMqc/article/details/121792511